專利名稱：基于特性阻抗的確定用于判斷有線傳輸線終端的裝置、方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測量傳輸線路參數(shù)的領(lǐng)域，并特別涉及傳輸線路 的特性阻抗。
背景技術(shù)：
通常將有線通信網(wǎng)絡(luò)拓樸分成兩種類型點(diǎn)到點(diǎn)和多點(diǎn)(還 公知為"一點(diǎn)到多點(diǎn)"、"總線"和"共享介質(zhì)")網(wǎng)絡(luò)。在點(diǎn)到點(diǎn)拓 樸中，網(wǎng)絡(luò)采用一條或多條通信線路，每個連接都基于電纜或?qū)?線作為通信介質(zhì)，并精確連接兩個節(jié)點(diǎn)，其中，每個節(jié)點(diǎn)都連接 到電纜的一端。在多點(diǎn)結(jié)構(gòu)中，多個節(jié)點(diǎn)與相同的有線介質(zhì)并行 連接，沿著電纜有多個點(diǎn)?；谕ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)的點(diǎn)到點(diǎn)的非限制性實(shí) 例是局域網(wǎng)(LAN)、以太網(wǎng)IEEE802.3 10baseT, 100BaseTX、 EIA/TIA-422 (又名RS-422 )、 ISDN ( U接口 )、 EIA/TIA國449、 IEEE1284、 IEEE1394和USB5以及廣域網(wǎng)(WAN )如HDSL (高 速數(shù)字用戶線)、ADSL (不對稱數(shù)字用戶線)和其它xDSL技術(shù)
(例如SHDSL、 SDSL、 VDSL、 IDSL )。采用多點(diǎn)拓樸的LAN的 非限制性實(shí)例是以太網(wǎng)IEEE802.3 10Base2、 10Base5、 CAN、 LON 和EIA/TIA-485 (又名RS-458 )。其它多點(diǎn)家庭網(wǎng)絡(luò)包4舌在 www.homepna.org中描述的基于通信的電話線，如HomePNA
(家庭電話線網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟)，和在www.homeplug.org中描述的基于 通信的電源線，如HomeplugTM。
單方向的點(diǎn)到點(diǎn)的通信線路的非限制性的實(shí)例在
圖1中示出 為網(wǎng)絡(luò)5。該網(wǎng)絡(luò)包括基于兩個導(dǎo)體lla和lib電纜的通信線路。 在點(diǎn)7a和7b處，將發(fā)送器14a連接到電纜的一端。將在電纜另
一端處的各自的點(diǎn)6a和6b連接到接收器13a和終端12a。該信 號通過發(fā)送器14a接合到電纜。信號能量在電纜上傳輸且通過終 端12a吸收，并且通過接收器13a接收。
在此術(shù)語"發(fā)送器，，包括任一種器件，其能夠輸出能量或者驅(qū) 動(或者激勵)傳輸線中的信號，包括電信號。這種裝置包括線 路驅(qū)動器、調(diào)制解諷器和收發(fā)器，以及具有激勵能力的任何其它 裝置。這種信號可以是電壓基的、電流基的或者是兩者的組合。 相似地，在此術(shù)語"接收器"包括能夠自接合的傳輸線接收能量/ 信號(或其任一種功能)，并將其轉(zhuǎn)換成電形式的任一種裝置， 包括線接收器、調(diào)制解調(diào)器和收發(fā)器。在此假設(shè)接收器不包括任 一種終端功能(如非常高的輸入阻抗)。
傳輸線被限定為用于自點(diǎn)A向點(diǎn)B傳送信號的介質(zhì)。如在此 所使用的術(shù)語"線"、"傳輸線"、"電纜"、"布線"、"線對"應(yīng)當(dāng)解 釋為包括任一種類型的傳輸線，且尤其是包括兩種或多種導(dǎo)體用 于承載電信號的金屬傳輸線。非限制性的實(shí)例是同軸電纜，PCB 連接和雙紐線，后者包括UTP (無屏蔽的雙紐線)和STP (屏蔽 的雙紐線)，以及在專用集成電路(ASIC)中的連接。有線傳輸 線的特征及其在數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸上的效果例如在National Semiconductor Corporation Application Note 806 ( 1992年4月)、 名稱為"Data Trasmission Lines and their Characteristics"以及在 National Semiconductor Corporation Application Note 808 ( 1992 年 3 月)、名稱為"Long Transmission Lines and Data Signal Quality"的文章中進(jìn)行了描述。特性阻抗是金屬傳輸線的基本特 征，并且通常涉及到沿著該線傳輸?shù)牟ǖ乃矔r(shí)電壓和電流。
終端12a的基本功能是完全吸收在傳輸線中的信號/能量傳 遞。不適當(dāng)?shù)慕K端如阻抗失配將導(dǎo)致自接收器連接端至發(fā)送器連 接端的反射(reflection)(又叫做振鈴、過沖、下沖、失真和共 振)。這種反射將通常會降低通信線路的通信特征。適當(dāng)?shù)木€路 終端隨著設(shè)計(jì)在相對較長長度或傳輸介質(zhì)上向著較高數(shù)據(jù)信號
傳輸速度轉(zhuǎn)移而逐漸變得重要。例如，這可應(yīng)用到兩個導(dǎo)體如雙 紐電纜上方的不同數(shù)據(jù)傳輸?？傊?，當(dāng)傳輸信號，如電纜中的電 信號，的分量波長比傳輸線中的實(shí)際長度短時(shí)，將傳輸線如電纜
3見為傳豐lr線。例i口在 National Semiconductor Corporation Application Note 108 ( 1986年7月)、名稱為"Transmission Line Characteristics"中討論了適當(dāng)線路終端的阻抗的重要性。適當(dāng)線 路終端通常能通過使用較簡單的裝置可靠地恢復(fù)傳輸信號、以及 提高噪聲敏感度的較佳能力。
在National Semiconductor Corporation Application 807 ( 1992 年3月)、名稱為"Reflections: Computations and Waveforms，，一文 中可以找到對反射的分析，并且在National Semiconductor Corporation Application Note 903 ( 1993年8月)、名牙爾為"A Comparison of Differential Termination Techniques"中描述了反射 在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)上產(chǎn)生影響的方式。
總之，為了避免反射，終端阻抗應(yīng)當(dāng)與所討論信號中頻帶中 傳輸線的特性阻抗相匹配。如果電纜參數(shù)是公知的，且尤其器特
性阻抗( 一般指定為zo)，良好實(shí)踐是組裝相同值(zo)的終端
(又叫做端接器)12a。很多情況下，電纜參數(shù)不是已知的。例 如，電纜可存在墻壁中和/或是未知的類型。而且，可以將電纜 制造具有相對大的參數(shù)公差來制造，從而導(dǎo)致從一批到一批的特 性阻抗變化。相似的，由于如溫度、濕度還有超時(shí)的環(huán)境條件， 特性阻抗可變化。在其中電纜參數(shù)不是已知的任何情況下，為了 建立電纜的特性阻抗需要進(jìn)行測量，且因此終端該線路。這種測 量需要專門技術(shù)，勞動規(guī)模大且浪費(fèi)時(shí)間。
由此，廣泛意識到需要一種易于并簡單測量特性阻抗的方法 和系統(tǒng)，并且具有這種方法和系統(tǒng)是非常有利的，例如可根據(jù)計(jì) 算適當(dāng)?shù)膫鬏斁€路終端。這種系統(tǒng)一般可用于傳輸線路、和尤其 是有線網(wǎng)絡(luò)，并且特別地用于具有未知或變化特性阻抗的金屬傳 輸線路。
圖la中將多點(diǎn)基網(wǎng)絡(luò)(又叫做總線或多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò))示出為網(wǎng) 絡(luò)10。兩個導(dǎo)體lla和llb用作通信介質(zhì)，其中多節(jié)點(diǎn)與其相連 接，每個節(jié)點(diǎn)沿著該線連接在不同的點(diǎn)處。示出該網(wǎng)絡(luò)處于其中 在各自連接點(diǎn)18a和18b處連接到該線的兩個導(dǎo)體lla和lib的 節(jié)點(diǎn)14a是發(fā)送器、且其他節(jié)點(diǎn)用作接收器的狀態(tài)。節(jié)點(diǎn)13a、 13b和13c用作接收器且分別連接到各自點(diǎn)(17a、 17b)、 ( 19a、 19b)和(9a、 9b)處的線。與上面討論的相似，終端(等于該 線特性阻抗)連接到每個端部，其中終端12a和12b分別連接到 傳輸線端部(15a、 15b)和(16a、 16b)。
通常，在有線通信中，布線特性阻抗近似為純電阻(不復(fù)雜 阻抗)；因此每個終端都是具有等于特性阻抗的簡單電阻器。這 種電阻器23示出為終端且連接到圖2中示出的網(wǎng)絡(luò)20的傳輸線 端點(diǎn)(如16a、 16b)。
雖然圖1中示出的金屬傳輸線5是非抽頭的、單路徑的、同 質(zhì)且連續(xù)的布線，傳輸線有時(shí)可涉及抽頭(又叫做短線，橋和橋 抽頭)或任何其他的不連續(xù)分布。這種介質(zhì)在圖2中示出為網(wǎng)絡(luò) 20。除兩個導(dǎo)體lla和llb之外，該網(wǎng)絡(luò)采用另外的布線部分(抽 頭)，該部分包括兩個導(dǎo)體21a和21b，分別在連接點(diǎn)22a和22b 處抽頭。與上面討論的相似，在每個線端部都需要終端，由此需 要橫跨抽頭端點(diǎn)24a和24b連接的電阻器23c。相似地，有線網(wǎng) 絡(luò)可采用多個這種抽頭。由此對于具有任意拓樸如"星"、"樹"或 其任意組合的線，該抽頭可以沒有任意節(jié)點(diǎn)連接(如網(wǎng)絡(luò)20中 示出的)，或者可具有與其連接的節(jié)點(diǎn)。此外，節(jié)點(diǎn)可與終端并 聯(lián)地連接到一個或多個線端部。
在多點(diǎn)環(huán)境中，終端在所有布線端部中是必要的，以降低反 射，在除了電纜端部之外的所有點(diǎn)處不要引入終端同樣是重要 的。所連接的任意阻抗都將導(dǎo)致失配，且所傳輸?shù)男盘枌⒃谠擖c(diǎn) 處引起反射。同樣，節(jié)點(diǎn)13a、 13b和13c在連接點(diǎn)處對傳輸線 顯示出高阻抗。
很多種情況下，節(jié)點(diǎn)(尤其是接收器)包括內(nèi)置終端/電阻 器。如果節(jié)點(diǎn)在一個線端部中被連接，則終端應(yīng)與節(jié)點(diǎn)并聯(lián)連接。 然而，在其中節(jié)點(diǎn)不位于線端部的配置中，終端應(yīng)斷開連接或無 效，以避免產(chǎn)生反射。在連接位置之間的這種區(qū)別使網(wǎng)絡(luò)安裝復(fù) 雜。而且，在一些情況下，不容易得知布線拓樸，如在內(nèi)壁存在 布線的情況下。鑒定該拓樸以在線端部和其他點(diǎn)之間進(jìn)行區(qū)分是 復(fù)雜的，勞動密集的且是昂貴的。
由此廣泛認(rèn)識到需要一種用于允許簡單和容易一般傳輸線 終端，特別是有線網(wǎng)絡(luò)終端的方法和系統(tǒng)，特定用在具有多重連 接點(diǎn)的金屬傳輸線，在任何 一 端或在布線系統(tǒng)中間都是未知的， 并且具有這種方法和系統(tǒng)是非常有利的。
有線本地網(wǎng)絡(luò)
大部分現(xiàn)有辦公室和一些新建建筑基于專用布線來促進(jìn)數(shù) 據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。然而，在現(xiàn)有建筑中實(shí)施這種網(wǎng)絡(luò)通常需要安裝新 的布線結(jié)構(gòu)。這種新布線的安裝可能不切實(shí)際、昂貴且存在問題。 結(jié)果，很多技術(shù)(稱作"不需重新布線，，技術(shù))已經(jīng)提出，以促進(jìn)
建筑中的LAN,不需增加新的布線。 一些這種技術(shù)使用了最初為 其他目的安裝的現(xiàn)有有效布線，如電話、電力、有線電視(CATV) 等。這種方法具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即能夠安裝這種系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)而不 需要額外的和通常很大的成本，該成本為在建筑物中安裝單獨(dú)布 線的成本。
允許布線以承載服務(wù)(如電話、電和CATV)以及數(shù)據(jù)通信 數(shù)據(jù)的技術(shù)方面一般包括使用FDM技術(shù)(頻分多路復(fù)用)，在這 種結(jié)構(gòu)中，服務(wù)信號和數(shù)據(jù)通信信號跨過各自的有效布線被承 載，每個有效布線都是用區(qū)別的頻鐠帶。FDM的概念在現(xiàn)有技術(shù) 中公知，并且提供了分離通過介質(zhì)如布線承載的帶寬的裝置。在 電話布線承載電話和數(shù)據(jù)通信信號的情況下，頻譜被分成能夠承 載模擬電話信號的低頻帶和能夠承載數(shù)據(jù)通信或其他信號的高
頻帶。
基于使用電源線基本地網(wǎng)絡(luò)的室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)在現(xiàn)有技術(shù)中也是 公知的。用于網(wǎng)絡(luò)的介質(zhì)是室內(nèi)電源線，其用于承載總功率和數(shù)
據(jù)通信信號。PLC(電源線栽波)調(diào)制解調(diào)器將數(shù)據(jù)通信信號(如 以太網(wǎng)IEEE802.3 )轉(zhuǎn)換成能夠被承載在電源線上方的信號，而 不影響這些導(dǎo)線上方的功率信號或被其所影響。名為HomePlug Powerline Alliance 、 Inc.of San Ramon、 CAUSA的協(xié)會在標(biāo)準(zhǔn)化 電源線技術(shù)方面活躍。電源線通信系統(tǒng)在Bullock等人的U.S.專 利6， 243， 571中描述了，其還提供了現(xiàn)有技術(shù)涉及到電源線技 術(shù)和應(yīng)用的現(xiàn)有技術(shù)公開的綜合目錄。作為搭鎖模塊被容納的這 種PLC調(diào)制解調(diào)器的一個實(shí)例是HomePlugl.O,基于自美國加利 福尼亞來自 D-Link System, Inc.以太網(wǎng)-至-電源線橋模塊 DHP- 100， Lie.of Irvine。具有內(nèi)建PLC調(diào)制解調(diào)器的出口 ，使 用電源線與組合數(shù)據(jù)和功率一起使用，在Schaeffer等人的名稱 為"Powerline bridge apparatus"的美國專利申i貪2003 / 0062990中 進(jìn)行了描述。這種功率出口作為San Carlos.CA USA的Asoka USA Corporation PlugLANTM的 一部分是可獲得的。
相似地，現(xiàn)有室內(nèi)CATV共軸電纜中的承載數(shù)據(jù)在本領(lǐng)域中 是公知的，例如在Gurantz等人的美國專利申請2002/ 0166124 中。使用出口的在CATV共軸電纜上的室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)例是Cohen 等人的美國專利申請2002 / 0194383。這種出口作為來自以色列 耶路撒冷的TMT Ltd.的HomeRANTM的一部分是可獲得的。
電話的定義和背景
在此，術(shù)語"電話"表示一般任何類型的電話服務(wù)，包括模擬 和數(shù)字服務(wù)，如集成服務(wù)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)(ISDN)。
模擬電話、非常公知的"普通老式電話服務(wù)"("POTS")已經(jīng) 存在超過100年了，而且^t很好地設(shè)計(jì)并很好地操縱，用于傳輸 和轉(zhuǎn)換在音譜的300 - 3400Hz部分的聲音信號(或"音頻"或"電
話頻帶")。熟悉的POTS網(wǎng)絡(luò)支持實(shí)時(shí)、低時(shí)延、高可靠性、中 等保真度的語音電話，且能夠在兩個端點(diǎn)之間建立通話，每個斷 電均使用模擬電話機(jī)。
在此術(shù)語"電話"、"電話機(jī)，，和"電話裝置"指的是任何一種裝 置，沒有限制，該裝置能連接到公共交換電話網(wǎng)絡(luò)("PSTN")， 包括用于模擬和數(shù)字電話的裝置，其非限制性實(shí)例是模擬電話、 數(shù)字電話、傳真("fax")機(jī)、自動電話答復(fù)機(jī)、聲音(也叫作撥 號)調(diào)制解調(diào)器和數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器。
術(shù)語"數(shù)據(jù)單元"、"計(jì)算機(jī)，，和"個人電腦，，("PC")在此可互 換使用，以包括工作站、個人數(shù)字助理(PDA)和具有用于連接 到本地區(qū)網(wǎng)絡(luò)的接口的其他數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE),以及用作數(shù) 據(jù)源或數(shù)據(jù)匯集點(diǎn)(或兩者)的數(shù)據(jù)站的任何其他功能單元。
室內(nèi)電話服務(wù)一般采用兩個或四個導(dǎo)線，經(jīng)由電話出口將電 話機(jī)連接至這些導(dǎo)線。
室內(nèi)布線中存在的本地網(wǎng)絡(luò)。
與上述的電源線和CATV相似，經(jīng)常希望使用現(xiàn)有電話布線 同時(shí)用于電話和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。以這種方式，在室內(nèi)或其他建筑中建 立新的本地網(wǎng)絡(luò)被簡化，這是由于不需要安裝其他的布線。 Goodman等人的美國專利5, 010， 399和Rogers等人的美國專 利5， 621， 455中描述了使用FDM技術(shù)在有源室內(nèi)電話布線上 承載視頻。
用計(jì)數(shù)法在室內(nèi)電話布線上承載數(shù)據(jù)的現(xiàn)有產(chǎn)品與通過使 用FDM的有源電話服務(wù)同時(shí)共同地使用公知為HomePNA的技術(shù) (家用電話線聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟)，其電話線接口已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化為ITU - T(國 際電聯(lián)電信標(biāo)準(zhǔn)化部門)推薦的G.989.1。 HomePNA技術(shù)在Folev 的美國專利6, 069， 899、 Dichter的美國專利5， 896, 443、 Yagil 等人的美國專利申請2002 / 0019966、 Lifshiz等人的美國專利申
請2003 / 0139151和其他文獻(xiàn)中進(jìn)行了描述。布線上可獲得的帶 寬被分成能承載模擬電話信號(POTS)的低頻帶，對高頻帶進(jìn)行 分配，用于承載數(shù)據(jù)通信信號。在這種FDM基結(jié)構(gòu)中，電話不 受影響，同時(shí)提供超出現(xiàn)在室內(nèi)電話布線的數(shù)據(jù)通信能力。
出口
在此的術(shù)語"出口"表示電機(jī)械裝置，它便于容易、快速地將 外部裝置連接和斷開連接到和來自建筑中安裝的布線。出口通常 具有至布線的固定連接，并允許根據(jù)需要容易地連接外部裝置， 這通常借助于在面板中的集成標(biāo)準(zhǔn)連接器。 一般將出口機(jī)械連接 到，或固定入墻或相似的表面。普通出口的非限制性實(shí)例包括 電話出口，用于連接電話和相關(guān)的裝置；CATV出口 ，用于連接 電視機(jī)、VCR等；用作LAN布線(也叫做結(jié)構(gòu)布線)的一部分 的出口，和用于將功率連接至電器用品的電出口 。在此術(shù)語"墻" 指的是建筑的任何內(nèi)部或外部表面，包括但不限于除垂直墻壁之 外的天花板和地板。
功能性出口方式
該方式涉及取代具有"網(wǎng)絡(luò)"有源出口的現(xiàn)有服務(wù)出口 。 一般 的出口 (包括LAN結(jié)構(gòu)布線、電源出口 、電話出口和有線電4見 出口 )逐漸成為無源裝置，其是布線系統(tǒng)外殼基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的一部分， 并單獨(dú)用于提供至內(nèi)壁布線的入口的目的。但是，存在一種將有 源電路嵌入到出口中的傾向。以使用其作為房間/辦公室網(wǎng)絡(luò)的 一部分，并通常用以提供標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)通信接口。在大多數(shù)情況下， 增加的電路是為了將增加數(shù)據(jù)接口與出口連通性的目的，增加到 其基本無源的連通性功能中。
出口支持電話和數(shù)據(jù)接口 ，用于與電話線一起使用，在Binder 的名稱為"Telephone outlet for a local area.network over telephone
lines and a local area network using such outlet，，的美國專禾'J 6， 549， 616中對其進(jìn)行了描述。這種出口可作為自SercoNET Ltd.of Ra，ananna， Israel的NetHome 系統(tǒng)的一部分獲得。
另一個電i舌出口在 Dichter 的名稱為"Automatically configurable computer network,，的美國專利6， 216， 160中進(jìn)4亍了 描述。使用出口的在CATV共軸電纜上的室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)例在 Cohen等人于2002年8月22日公開的名稱為"Cbleran Nerworking over Coaxial Cables"WO 02/065229中進(jìn)行描述。這種出口作為自 Jerusalem, Isael的TMT Ltd.的HomeRANTM系統(tǒng)的 一部分獲4尋。 與布線承載技術(shù)、數(shù)據(jù)和娛樂信號結(jié)合使用的出口在Alcock的 名稱為"Local area and multimedia network using radio frequency and coaxial cable"的美國專利申"i青US 2003 / 0099228中,>開。 <吏 用電源線與組合的數(shù)據(jù)和功率一起使用的出口在Schaeffer等人 的名稱為"Powerline bridge apparatus"的美國專利申i斧 US 2003/0062990中進(jìn)行了描述。這種功率出口作為San Carlos， CA USA的Asoka USA Corporation的PlugLAN 的 一部分獲4尋。
雖然已經(jīng)關(guān)于在用于基本服務(wù)(如電話、CATV和功率)的 布線上形成的網(wǎng)絡(luò)描述了有源出口 ，但是將理解，本發(fā)明同樣能 用于使用專用布線的網(wǎng)絡(luò)中的出口 。這種情況下，出口電i 各用于 提供另外的接口至出口 ，超出了單獨(dú)數(shù)據(jù)連通接口的基本服務(wù)。 例如，其可以用于提供其中布線支持單個這種數(shù)據(jù)連接的多個數(shù) 據(jù)接口。這種出口的一個實(shí)例是由美國加利福尼亞的Santa-Clara 的3Com 制造的Natwork JackTM產(chǎn)品系列。此外，這種出 口在 Thompson 的名稱為"Sigle Medium Wiring Scheme for Multiple Signal Distribution in Building and Acces Port Therefor" 的美國專利6， 108， 331以及McNamara等人于2003年6月19 日公開的名稱為"Active Wall Outlet，，的美國專利申請US 2003 / 0112965中進(jìn)4亍了描述。
雖然已經(jīng)基于導(dǎo)電介質(zhì)如導(dǎo)線和電纜關(guān)于出口和網(wǎng)絡(luò)描述
了有源出口，但是將理解，這種出口同樣可用于其中網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)是 非導(dǎo)電的、如光纖電纜的情況。支持?jǐn)?shù)據(jù)接口并基于光纖電纜的
有源出口在Chu于2002年10月10日公開的名稱為"Fiber Conver Faceplate Outline"的美國專利申i貪US 2002 / 0146207、 以及 Thompson的名稱為"Single Medium Wiring Scheme for Multiple Signal Distribution in Building and Access Port Therefor"的美國專 利6, 108, 331中進(jìn)行了描述。這樣，如在本申請以及附屬的4又 利要求中所使用的術(shù)語"布線"應(yīng)解釋為包括基于非導(dǎo)電介質(zhì)如 光纖電纜的網(wǎng)絡(luò)。
雖然上述的出口使用有源電路，用于分離數(shù)據(jù)和服務(wù)信號， 但是也可用無源來實(shí)施。這種無源出口的實(shí)例在Binder的名稱為 "Telephone communication system and method over local area network wiring"的WO 02/25920中公開了 。這種出口作為自TX USA College Station的Qlynk Communication的etlierSPLIT系統(tǒng) 的 一 部分可獲得。etherSPLIT是動態(tài)信息系統(tǒng)的注冊商標(biāo)。
上述的出口是完整且自給的裝置。這樣，其能容易地被安裝 于新的外殼中，代替規(guī)則的無源簡單出口。但是，這種解決方案 不適合于該型現(xiàn)有布線系統(tǒng)的情況。很多情況下，任一個這種修 改都需要拆卸現(xiàn)有出口并安裝具有改進(jìn)特征的新出口 。這種行為 麻煩、昂貴且總是需要專業(yè)技術(shù)。而且，由于當(dāng)處理危險(xiǎn)電壓(如 在電源線中或電話線中)時(shí)包括安全方面因素，局部調(diào)節(jié)僅需要 持有證書的人來處理布線，使得其昂貴并影響到自己動手的方 式。
而且，隨著技術(shù)和環(huán)境隨時(shí)改變，需要升級、修改或變化出 口功能，特征和特征可上升。例如，數(shù)據(jù)接口需要升級，以與新 標(biāo)準(zhǔn)互相連通。在另一實(shí)例中，需要電路升級以支持較高帶寬。 相似地，需要引入或升級管理和服務(wù)質(zhì)量(QoS)功能，在再一 實(shí)例中，需要增加另外的功能和接口。使用完成的自給出口作為 現(xiàn)有出口的替換，也引入了上述的缺陷。
插入裝置
增加功能到現(xiàn)有出口的一種方法是通過使用插入模塊。這種
4翁入才莫塊在Smart等人的名-爾為"High data-rate powerline network system and method"的美國專利申i青US 2002 / 0039388、 Walbeck 等人的名稱為"Modular power line network adapter"的美國專利申 請US 2002 / 0060617 、和在Schaeffer 、 JR等人的名稱為"Powerline bridge apparatus"的美國專利申i青US 2003 / 0062990中進(jìn)4亍了 4笛 述。使用HomePlugTM技術(shù)的這種模塊可自多源如美國加利福尼 亞的San Carlos的Asoka USA Corporation的PlugLinkTM產(chǎn)品獲 得。HomePlug是美國加利福尼亞的San Ramon的HomePlug Powerline Alliance.Inc.的商標(biāo)。各種類型4荅鎖裝置也在WO 04/ 001034中進(jìn)4亍了描述。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，通過施加規(guī)則集總的阻抗/電阻測 量來測量傳輸線特性阻抗?，F(xiàn)有技術(shù)中公知的任一種其他集總的 或分散的阻抗/電阻測量技術(shù)可同樣使用。在本發(fā)明的一個方面 中，該測量基于傳輸、源化或激勵電信號、電壓或電流(或者二 者)。在本發(fā)明的一個方面，測量基于激勵抑制能量進(jìn)入傳輸線， 并例如使用分壓器直接或間接測量至傳輸線的電流。所測量的值 用于計(jì)算傳輸線特性阻抗。 一旦接收到外部電信號(如自另一個 系統(tǒng))、手工施加信號或者加電、或者感測到任何其他信號激勵 如信息包或作為數(shù)據(jù)通信通話一部分的通話，測量特性阻抗是初 始周期性的。
為了進(jìn)行合適的測量，不存在其他信號(如反射或數(shù)據(jù)通信 信號)，并且沒有其他信號影響測量。根據(jù)本發(fā)明的一個方面， 阻抗(集總的或是分散的)測量在將測量信號注入到傳輸線中不 久之后、并且在反射從抽頭或非終端端部到達(dá)測量的傳輸線端部 之前執(zhí)行。由于實(shí)際上傳輸線不是同質(zhì)的且不具有無窮長度，因
此發(fā)生自抽頭、非同質(zhì)點(diǎn)或非終端遠(yuǎn)程端部的反射，且該反射達(dá) 到所測量的端部。由此，應(yīng)當(dāng)執(zhí)行測量并且在施加測量信號后不 久、在反射達(dá)到該線端部之前完成。為了進(jìn)行所測量值任何隨后 的使用，應(yīng)存儲所計(jì)算特性阻抗(或者其任意函數(shù)如所測量的電 壓/電流)。
根據(jù)本發(fā)明，傳輸線用作數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕橘|(zhì)，在這種結(jié)構(gòu)中， 調(diào)制解調(diào)器(為發(fā)送器、接收器、傳輸接收器等)沿著傳輸線被 連接到點(diǎn)以及連接到與阻抗測量相關(guān)的傳輸線端部點(diǎn)。特性阻抗 測量可用于確定在具體連接點(diǎn)處是否需要終端。根據(jù)本發(fā)明的一 個方面，終端值根據(jù)所測量的特性阻抗確定。例如，終端值能被 設(shè)置為等于所測量的集總阻抗，以最小化端部點(diǎn)中的反射。在其 中數(shù)據(jù)通信被包括在相同傳輸線上方的情況下，時(shí)域復(fù)用技術(shù)用 于使得兩種調(diào)制解調(diào)器和測量共享傳輸線，其中調(diào)制解調(diào)器操作 在阻抗測量期間暫停，以不干擾測量且能進(jìn)行適當(dāng)和精確的測 量。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，這通過在測量相期間將調(diào)制解調(diào)器 (包括傳輸接收器和發(fā)送器)與傳輸線斷開連接、并且在完成該 測量之后重新連接其來實(shí)現(xiàn)。這樣，系統(tǒng)排他地處于測量狀態(tài)或 處于數(shù)據(jù)通信狀態(tài)。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，采用頻分多路復(fù)用(FDM)方法以 同時(shí)進(jìn)行施加信號(如數(shù)據(jù)通信信號)和在傳輸線上的相關(guān)信號 的阻抗測量。在這種設(shè)置中，測量系統(tǒng)使用以不同于其中承載施 加信號的帶的一個或多個頻帶中承載的信號。不是測量系統(tǒng)的一 部分的一個頻帶或多個頻帶中傳輸線的特性阻抗可使用公知的 外推和內(nèi)推技術(shù)來近似。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，所測量/所計(jì)算的傳輸線特性阻抗 用于估計(jì)連接到單個連接點(diǎn)的線對的計(jì)數(shù)，用于與具有相似的標(biāo) 稱特性阻抗ZO并全部連接到單個連接點(diǎn)的一個或多個相似的線 對一起使用。通過瞬時(shí)測量連接點(diǎn)集總阻抗Z，所連接的線對計(jì) 數(shù)被估計(jì)為ZO/Z。所估計(jì)的對計(jì)數(shù)作為計(jì)數(shù)測試裝置的一部分
表示給用戶。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，對計(jì)數(shù)用于確定未知布線結(jié)構(gòu)的端
部點(diǎn)。在其中z-zo的情況下，單個布線對連接點(diǎn)凈皮檢測，由》匕
需要終端被連接到該點(diǎn)以最小化自該導(dǎo)線對端部點(diǎn)的反射。 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，測量內(nèi)壁隱藏導(dǎo)線對。這種導(dǎo)線對
包括電話、AC電源或CATV布線基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，以及^f壬何其他布線。 導(dǎo)線對可承載服務(wù)信號(如電話、AC電源、或CATV信號)，并 且經(jīng)由出口 (如電話、AC電源或CATV出口 )訪問。在其中出 口用于連接到布線的情況下，阻抗測量或終端設(shè)置或者兩個電路 可集成到(部分或全部)出口中。
根據(jù)本發(fā)明的 一 個方面，用于與承載信號并具有標(biāo)稱上特性 阻抗以及用阻抗控制終端來終端的傳輸線一起使用，適當(dāng)?shù)慕K端 值(具有與標(biāo)稱特性阻抗相同的值)通過使用閉合控制回路與傳 輸線相匹配，其中通過阻抗控制終端(連接到傳輸線)消耗的功 率被測量并用于改變阻抗控制終端值，以獲得最大功率消耗。終 端的功率消耗可通過感測橫跨終端的電壓或流過終端的電流來
直接測量。替換地，消耗的功率通過測量由消耗功率(如熱)影 響的物理現(xiàn)象來測量。
測量系統(tǒng)(總體或部分)可以作為孤立的單元來封裝、作為 調(diào)制解調(diào)器一部分來容納/集成、或者以集成形式作為服務(wù)出口 一部分或者作為搭鎖模塊來容納。相似地，終端設(shè)置系統(tǒng)(總體 或部分)可以是孤立的，或者作為調(diào)制解調(diào)器的一部分來容納/ 集成或者以集成形式作為服務(wù)出口的一部分或者作為搭鎖模塊 來容納。
上述發(fā)明內(nèi)容不是本發(fā)明所有方面的詳盡列表。事實(shí)上，發(fā) 明人預(yù)期本發(fā)明包括能夠根據(jù)上面總結(jié)的各個方面、以及以下的 詳細(xì)描述中公開的和在本申請?zhí)岢龅臋?quán)利要求中具體指出的那 些的所有適當(dāng)組合實(shí)施的所有系統(tǒng)和方法。這種組合具有在上述 發(fā)明內(nèi)容中沒有具體列出的特定優(yōu)點(diǎn)。
應(yīng)理解，根據(jù)以下的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其他實(shí)施例對于本 領(lǐng)域技術(shù)人員是容易明白的，以下的詳細(xì)描述中借助于說明僅示 出并描述了本發(fā)明的實(shí)施例。如將意識到的，本發(fā)明能包括其他 且不同的實(shí)施例，且其幾點(diǎn)細(xì)節(jié)能夠在各個其他方面修改，所有
都不超出本發(fā)明的范圍，如通過權(quán)利要求所限定的。因此，i人為 附圖和詳細(xì)描述實(shí)際上是示意性的而不是限制性的。
附困說明
在此僅借助于非限制性實(shí)例描述本發(fā)明，參考附圖，附圖中 相似的標(biāo)記表示相似的元件。
圖1示意性示出了點(diǎn)到點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)。
圖la示意性示出了多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)。
圖2示意性示出了具有抽頭的多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)。
圖3示意性示出了根據(jù)本發(fā)明示范性特性阻抗測試儀(CIM) 的一般功能方框圖。
圖4示意性示出了根據(jù)本發(fā)明示范性終端系統(tǒng)的一般功能方 框圖。
圖5示意示出了根據(jù)本發(fā)明示范性特性阻抗測試儀(CIM) 的一般功能方框圖。
圖6示意性示出了示范性壓控電阻器(VCR)的一般功能方 框圖。
圖7示意性示出了根據(jù)本發(fā)明示范性操作的一般功能流程圖。
圖8a示意性示出了一般終端系統(tǒng)。
圖8b示意性示出了根據(jù)本發(fā)明示范性終端系統(tǒng)的一般功能 方框圖。
圖9示意性示出了根據(jù)本發(fā)明示范性對計(jì)數(shù)系統(tǒng)的一般功能
方框圖。
圖10示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的頻帶分配圖。
圖11示意性示出了根據(jù)本發(fā)明示范性終端系統(tǒng)的一般功能 方框圖。
圖12示意性示出了消耗功率與終端電阻的曲線圖。
圖13示意性示出了在室內(nèi)電話布線基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。
圖14示意性示出了室內(nèi)的AC電源布線基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。
圖15示意性示出了根據(jù)本發(fā)明示范性的終端測試裝置。
圖16示意性示出了根據(jù)本發(fā)明示范性AC電源布線終端裝置。
圖17示意性示出了典型的封裝結(jié)構(gòu)。
圖18示意性示出了根據(jù)本發(fā)明示范性終端系統(tǒng)的一般功能 方框圖。
具體實(shí)施例方式
參考附圖和附隨的說明，可以理解根據(jù)本發(fā)明網(wǎng)絡(luò)的原則和 操作，其中由相同的參考數(shù)字來指示不同附圖中出現(xiàn)的相似的部 件。附圖和說明僅為概念性的。在實(shí)際實(shí)踐中，單一部件可以實(shí) 現(xiàn)一個或多個功能；可選擇地，每個功能可以由多個部件和電路 來實(shí)現(xiàn)。在附圖和說明中，同一參考數(shù)目代表那些在不同實(shí)施方 式或配置中相同的部件。
在圖3中示出根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方式的一部分，作為特性 阻4元測試4義30 (Characteristic Impedance Meter, CIM)。通過4奪 信號應(yīng)用到線路、并且依靠隨后的分壓直接測量傳輸線內(nèi)的輸入 阻抗的方式，CIM測量傳輸線的特性阻抗。CIM30測量測試下的 傳輸線(T.U.T或TUT) 42的特性阻抗，該傳輸線通過節(jié)點(diǎn)39連 接，并具有未知的特性阻抗ZO。測試序列開始于感測到端口 31
中的MEASURE信號，給CIM發(fā)信號以開始測量過程。將端口 31處的MEASURE信號提供給脈沖產(chǎn)生器32,該產(chǎn)生器輸出一 個顯示為方形波脈沖信號33的脈沖。脈沖信號波形33在時(shí)間TO 處開始，長為t秒并具有V，伏的幅度。在該情況下，其中需要特 性阻抗以在特殊和/或限制的頻帶中進(jìn)行測量，接著將脈沖信號供 給到帶通濾波器34,將信號能量限制為所需的頻帶。如果產(chǎn)生具 有所需頻語的信號，和/或如果不存在頻帶限制，則可省掉這種 濾波器34。在通過濾波器34將脈沖過濾之后，該脈沖通過連接 到端口 39的串聯(lián)電阻器Rs 36連接到TUT 42上。認(rèn)為處理單元 37具有非常高的輸入阻抗，由此不干擾該信號。在端口 39處(和 在處理單元37的輸入處)的電壓是通過電阻器Rs和ZO之間的 分壓V，形成的這樣一個電壓(假設(shè)為純的電阻特性阻抗)。這沖羊， 在端口 39處的分壓Vd是Vd = V， * ZO/ ( Rs + ZO )，假設(shè)通過濾 波器34不產(chǎn)生衰減。在濾波器34幅度衰減的情況下，電壓V， 反映出濾波器34輸出的幅度。由于V，和Rs是已知的，因此端口 39處的電壓Vd是特性阻抗ZO值的直接函數(shù)。為了進(jìn)行^f青確測 量，電阻器Rs的值與所測量的阻抗ZO應(yīng)當(dāng)盡可能接近，或者至 少在相同的量級上。將電壓Vd供給到處理單元37，該處理單元 提供信號輸出，該信號輸出為端口 39處電壓的函數(shù)。例如，處 理單元37可提供與上述的Vd成比例的電壓。在另 一實(shí)例中，處 理單元37通過等式ZO = Rs * Vd ( V， - Vd)來計(jì)算ZO，并且提 供了與所計(jì)算的ZO成比例的信號(如電壓)。還可考慮其他傳輸 功能。如果不需要處理，則可省掉處理單元37。假設(shè)實(shí)際及最終 長度為TUT，則脈沖信號開始沿著傳輸線傳輸，并且假設(shè)抽頭、 非終止的端部或任何其他非連續(xù)，在端口 39處將出現(xiàn)反射信號， 導(dǎo)致所計(jì)算的Vd不準(zhǔn)確且不反映所討論的實(shí)際分壓。這才羊，在 脈沖信號開始(TO)之后Vd的精確值僅存在于端口 39處達(dá)短 周期。因此，需要鎖存并存儲此瞬間的值。
還將脈沖信號33提供給延遲單元35。在預(yù)定的延遲周期之 后(TO之后)，將信號輸出至抽樣和保持單元38的觸發(fā)器輸入，
該抽樣和保持單元38鎖存并保持來自處理單元37的信號輸出作 為端口 41處的信號Vm。由此，信號Vm (如電壓)表示TUT特 性阻抗ZO的函數(shù)。延遲值不應(yīng)過短，以允許精確并完整的穩(wěn)、定 值。另一方面，延遲值不應(yīng)過長，以避免反射作用。值t應(yīng)當(dāng)足 夠小，從而不會長時(shí)間占用傳輸線并且使測量所需的周期最小 化。相似地，值t應(yīng)當(dāng)足夠長以允許精確并穩(wěn)定的測量。在已經(jīng) 建立并測試的系統(tǒng)中，t=15納秒的脈沖能進(jìn)行比70厘米長雙紐 對電纜的精確無反射測量。
由此，公知當(dāng)在端口 31中感測MEASURE信號之后時(shí)，CIM 將在端口 41輸出信號，該信號表示在端口 39中連接的TUT 42 的特性阻抗ZO的值。
上述CIM30對測量TUT 42的特性阻抗是有效的。在進(jìn)4亍這 種測量之后，可基于所測量值提供足夠終端。在圖4中示出系統(tǒng) 40，該系統(tǒng)提供所需終端值的測量和設(shè)置。圖中示出的TUT 42 經(jīng)由開關(guān)44連接，具有兩個不同狀態(tài)，表示為M (測量)和S (設(shè)置)，該狀態(tài)通過控制信號線SELECT 49來選擇。在測量(M) 狀態(tài)下，TUT 42連接到CIM 30的端口 39，如上面圖3中所述。 在這種狀態(tài)下，一旦MEASURE信號應(yīng)用到CIM 30的端口 31上， CIM 30就將實(shí)施測試功能，導(dǎo)致表示所測量特性阻抗ZO值的連 續(xù)Vm信號。在CIM 30的端口 41處的Vm信號驅(qū)動終端設(shè)置(TS ) 單元43。 TS 43功能是顯示出所需的終端值。通常，將等于所測 量特性阻抗ZO的阻抗值用于終端，以將失配和反射最小化。在 測量周期的端部，開關(guān)44的線SELECT控制49切換到S(設(shè)置) 模式。TUT 42由此與CIM 30斷開，并經(jīng)由線45連接到TS,導(dǎo) 致TUT 42端部處正確的終端值，從而TUT對于被用作由單元43 終止的通信介質(zhì)是有效的。
如上所述，特性阻抗使用集總阻抗測量技術(shù)來測量，由此作 為集總整體而不是分散的個體來處理傳輸線。這種方法在以下一 個或幾個假設(shè)的情況下是有效的
a.在測量周期中，沒有能量(而不是用于阻抗測量的信號) 在傳輸線上傳輸，并且被測量裝置接收。這樣，測量單獨(dú) 基于通過測量裝置傳輸?shù)絺鬏斁€上的能量，具有公知的值。 所接收的其他能量作用在阻抗測量的精確性上。
b.無窮長的傳輸線。在非常長且同質(zhì)的傳輸線中(例如不具有 抽頭/橋，且沒有沿著線的阻抗變化)，不產(chǎn)生反射，由此 沒有信號干擾阻抗測量。
c.測量在于所連接的端部中接收反射之前執(zhí)行。這種方案中， 假設(shè)用于測量的端部處傳輸線的至少短長度是同質(zhì)的(例 如沒有抽頭或阻抗變化)，由此導(dǎo)致沒有反射。將時(shí)間間隔 用于完成阻抗測量，直到任何反射或任何其他干擾信號達(dá) 到用于測量的端部的由此獲得精確的無反射影響的測量周 期。例如，假設(shè)最近的干擾點(diǎn)(例如線端部點(diǎn)或抽頭)是 自測量端部具有距離X的點(diǎn)，并假設(shè)傳輸線上信號傳輸速 度是V(通常接近光速)，該點(diǎn)將產(chǎn)生反射信號(作為傳輸 測量信號的結(jié)果)，該反射信號將在2 * X/V的時(shí)間延遲之 后到達(dá)傳輸線端部。在該時(shí)間期間，可執(zhí)行精確的抗干擾 測量。
在上述條件下，集總的阻抗測量將提供傳輸線特性阻抗。任 鈳集總的阻抗或電阻測量裝置都可使用。很多情況下，歐姆定律 用作這種測量的基礎(chǔ)。 一個實(shí)例在CIM 30中示出，其中^)奪電壓 激勵施加到TUT,且通過在分壓電阻器網(wǎng)絡(luò)上產(chǎn)生的電壓來測量 電流。但是，任何其他集總阻抗或電阻測量裝置都可同樣被4吏用。 這種實(shí)例是于圖5中示出的CIM 50。 CIM 50基于CIM 30結(jié)構(gòu)， 但是特性阻抗集總測量是基于直接測量通過安培計(jì)(又叫做電流 表)82流過TUT 42的電流I和直接測量通過電壓表85測量4黃i 爭 TUT的電壓V。處理單元37通過^f吏用歐姆定律R=V/I來計(jì)算特 性阻抗。在CIM 30和CIM 50兩種情況下，可使用電流或電壓激 勵，以及電流和電壓激勵的組合。
雖然本發(fā)明已經(jīng)用幾個歐姆定律的阻抗/電阻測量實(shí)例演 示出，但是將理解，本發(fā)明可同樣用于任何其他阻抗或電阻集總 測量。此外，基于集總或非集總傳輸線電參數(shù)的任何非集總測量 都可同樣地被使用。而且，阻抗和基于除了電參數(shù)之外的任何傳 輸線物理參數(shù)來測量。
在根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例中，終端設(shè)置(TS) 43是基于壓 控電阻(VCR)。實(shí)施這種VCR在本領(lǐng)域中是公知的，并且一個 非限制性實(shí)例是基于Xicor X9015單一數(shù)控電位器(XDCPTM )， 可自美國力口利福尼亞的Intersil Corporation of Milpitas獲4尋。
上述的終端設(shè)置(TS)具有用于終端值的連續(xù)設(shè)置范圍。相 似地，TS對于從預(yù)定值的固定組中進(jìn)行選擇是有效的。這種終 端設(shè)置(TS ) 60在圖6中示出，具有兩個分立值，無窮大和Rts。 比較器51將輸入電壓Vm與預(yù)定值比較。在其中Vm在設(shè)定閾值 值上的情況下，將一個信號發(fā)送到開關(guān)驅(qū)動器52,該驅(qū)動器依次 經(jīng)由控制線55操作開關(guān)54,該開關(guān)經(jīng)由端口 45依次將電阻器 Rts53連接到TUT。在其中Vm的值不與閾值交叉的情況下，開 關(guān)54保持打開狀態(tài)，導(dǎo)致到線45非連接的終端，有效地?zé)o窮大 電阻值。相似地，多+非無窮大值可以作為Vm輸入值的函數(shù)尋皮 接入。開關(guān)54可通過繼電器觸點(diǎn)來執(zhí)行，如本領(lǐng)域中公知的， 其中線55是線圏操作信號或者可使用固態(tài)電路來執(zhí)行。
可使用TS 60以決定是否要將終端插入。在布線具有多個連 接點(diǎn)和未知拓樸的情況下，需要識別布線端部，以將終端連接到 該端部，并且以識別不是端部的點(diǎn)(稱作非端部連接點(diǎn))，并必 須使其打開。實(shí)例是系統(tǒng)20的布線11，具有端部點(diǎn)15、 16和 24，以及非端部連接點(diǎn)17、 18、 19和9 ( 4叚i殳終端23a、 23b和 23c不連接)。在端部點(diǎn)處施加CIM30 (如15、 16和24) 4奪導(dǎo)致 表示布線11特性阻抗值的Vm值。相似地，將CIM30施加到非 端部連接點(diǎn)，將導(dǎo)致特性阻抗值一半的Vm值，由于所連接的每 一布線段都表示其自身的特性阻抗值，由此導(dǎo)致并聯(lián)連接的兩個
相同值。在抽頭的情況下，如系統(tǒng)20中布線11中的連接點(diǎn)22， 其中三個支路有效地連接，通過CIM30測量的等效值將是特性阻 抗第三個。由于僅有端部點(diǎn)裝配有終端，因此可4吏用例如具有閾 值等于標(biāo)稱特征值0.75的比較器51的TS 60?？蓪⒍瞬奎c(diǎn)識別 為如上閾值電平，并由此將導(dǎo)致特性阻抗電阻器Rts 53的連接， 同時(shí)非端部點(diǎn)連接將自動打開。
處理流程.
涉及自動終端系統(tǒng)的處理操作在圖7中示出為流程70。從開 始操作71開始，例如TUT在操作72中從調(diào)制解調(diào)器斷開連接， 且在操作73中連接到CIM。 CIM短時(shí)間內(nèi)將能量傳輸?shù)絋UT中 (在操作74中)，并基于TUT特性阻抗測量電壓(或任何其他參 數(shù))(操作75 )。表示TUT特征值的所測量的值存儲在操作76中。 在完成測量之后，TUT與CIM斷開連接(操作77 ),并重新連接 到通信操作的常規(guī)狀態(tài)?；诓僮?5中終端所測量的值，計(jì)算 所需的終端值(例如等于特性阻抗的電阻器值)(操作78)并將 其連接到TUT。在上述系統(tǒng)40的實(shí)例中，借助于TS 43和開關(guān) 44，能夠?qū)崿F(xiàn)操作77、 78和79。
雖然上述工藝在系統(tǒng)壽命中僅采用一次，如僅作為最初安裝 的一部分，^f旦是在一些實(shí)施例中，該工藝可重復(fù)多于一次。例如， 該處理可在每次系統(tǒng)被充電時(shí)或者周期性地重復(fù)。在稍后情況 下，處理將在一個延遲之后重新開始，如作為操作69所描述的。
如流程70中所示，系統(tǒng)可以是兩種狀態(tài)中的一種。第一種狀 態(tài)是測量狀態(tài)，包括操作72至78，在這期間TUT參數(shù)被測量， 還包括常規(guī)操作狀態(tài)(包括操作79),其中連接適當(dāng)終端并且系 統(tǒng)作為有線通信系統(tǒng)操作。在常規(guī)操作狀態(tài)期間，系統(tǒng)基于測量 狀態(tài)的測量結(jié)果來使用終端。這樣，必須計(jì)算表示特征終端(或 者其任意函數(shù))的值并將在測量狀態(tài)中存儲該值，以在規(guī)則操作 狀態(tài)下使用。這種存儲可使用機(jī)械存儲(如多狀態(tài)機(jī)械開關(guān))、
模擬值存儲(如抽樣和保持電路)或數(shù)字存儲器。 反射計(jì)算.
涉及傳輸線邊界條件的電壓和電流的計(jì)算在本領(lǐng)域中是公
#口的，如曰期為1992年3月的National Semiconductor Application Note 807 (AN- 807 )中示例并詳細(xì)說明的。計(jì)算將基于以下假 設(shè)來介紹，假設(shè)兩個導(dǎo)體傳輸線由導(dǎo)體lla和llb構(gòu)成，具有RO, 純電阻特性阻抗并在一個端部(點(diǎn)81a、 81b)處由具有電阻Rl 的終端電阻器23d終止，如圖8a中示出的系統(tǒng)80a中所示。具 有電壓值Vx和電流值Ix的信號在傳輸線(從"左"到"右")中傳 輸。根據(jù)定義，運(yùn)用等式Vx=R0*Ix，且所傳輸?shù)哪芰康扔赑x-Ix*Vx = VxA2/R0,且為了筒化的目的，假設(shè)在傳輸線中沒有能 量損失。部分傳輸能量在終端電阻器23d中被吸收，導(dǎo)致VI的 電壓電平和I1的電流，涉及到V1=I1*R1。在匹配終端(Rl-RO) 的情況下，所有的傳輸能量都被終^電阻器23d吸收，且不產(chǎn)生 反射。在其中沒有匹配終端的情況下，具有電壓Vr和電流值Ir 的反射信號從端部點(diǎn)傳輸(從"右"向"左")，其中運(yùn)用Vr=Ir*RO。 將基爾霍夫定律用于端部點(diǎn)(81a、 81b),電流等式是Il = Ix-Ir 且電壓等式是VI = Vx+Vr。相似地，采用能量守恒的原理，Px =Pl+Pr。
處理上述等式導(dǎo)致PI = 4 * Rl * VxA2 / [(Ro + Rl)A2]。該 函數(shù)示范性地示出為圖12中的圖120，其中X軸123表示Rl值 和Y軸122表示獲得的Pl。曲線121表示上述值PI作為參數(shù) Rl的函數(shù)。而且計(jì)算示出了該P(yáng)I函數(shù)在Rl=RO處具有單獨(dú)最 大值，示出為圖120中的線124，其中傳輸線完全匹配，且整個 Px能量在終端(Pl-Px)處被吸收，并且不產(chǎn)生反射(Pr-O)。
上述計(jì)算建議調(diào)整終端值Rl以獲得在該終端電阻器上的最 大能量耗散，有效地導(dǎo)致非常匹配的終端。 一個選擇是用手調(diào)整 終端電阻值(雖然能量被承載在傳輸線中)，同時(shí)測量于其中吸
收的能量，并固定穩(wěn)定狀態(tài)值以導(dǎo)致最大能量的值。
可替代地，通過將在終端中的能量吸收最大化來自動調(diào)整終
端值以匹配特性阻抗。這種系統(tǒng)80b于圖8b中示出。可調(diào)整的 終端83，如VCR (電壓控制電阻器)被連接到線(lla、 lib )的 端部點(diǎn)81a, 81b，由驅(qū)動器14a充電。流過終端83的電流由電 流計(jì)(安培計(jì))82來測量，同時(shí)橫跨終端83端子的電壓由電壓 計(jì)(伏特表)85來測量。計(jì)量的電流和電壓值在乘法器86中相 乘，導(dǎo)致表示在終端83 ( P=I*R)中耗散的功率的信號。相似地， 僅電流可凈皮測量，且通過P-IA2承R計(jì)算的功率，或替代地^f又電 壓被測量，使用等式P二VA2/R以獲得功率。在另一實(shí)施例中， 功率不通過測量電壓或電流被直接測量，而是通過有效的功率耗 散來測量。例如，假設(shè)功率被轉(zhuǎn)換成熱，可測量溫度作為耗散功 率的表示。
功率表示信號被從乘法器86經(jīng)由線88供給到控制單元87， 其經(jīng)由線89依次控制終端83的電阻值。控制單元87是可#:作 的，以實(shí)現(xiàn)閉合回路來設(shè)置VCR 83的電阻值從而獲得線88上的 最大功率表示。
系統(tǒng)80b的一個優(yōu)點(diǎn)是不需要專用功率信號被傳輸?shù)絺鬏斁€ 中作為測量過程的 一部分，但是系統(tǒng)更適合使用傳輸線中現(xiàn)有的 能量(例如作為正常操作的一部分)。但是，很多情況下，系統(tǒng) 80b的適當(dāng)操作需要終端83中最小的接收能量。在一個實(shí)施例 中，比較器84感測電壓電平(作為所接收功率電平的指示)，并 且僅在感測到預(yù)定電平以上的信號電平時(shí)，允許連接控制單元87 的操作，確保適當(dāng)?shù)难h(huán)操作。
與上面討論的相似，在系統(tǒng)80b中的控制循環(huán)可周期性地或 連續(xù)性地操作一次(例如作為初始安裝的一部分，根摒人工干預(yù) 或作為任意通電過程的一部分)。
目前已經(jīng)關(guān)于將適當(dāng)終端值與傳輸線端部點(diǎn)相匹配，描述了 系統(tǒng)80b。在其中系統(tǒng)與非端部點(diǎn)，諸如圖2中系統(tǒng)20中連接點(diǎn)
9、 17和18，部分"命中"能量Px繼續(xù)沿著傳輸線傳輸。采用與 上述相似的計(jì)算導(dǎo)致所吸收能量中的這種情況，PI -2.25*Rl*VxA2 [ (Ro + Rl/2) A2]。另一個計(jì)算示出了該P(yáng)1函數(shù) 在Rl = 2 * R0處具有單獨(dú)最大值。相似地，N連接線在Rl-N. *RO時(shí)將產(chǎn)生最大的吸收能量。由此，這種裝置可用于對計(jì)數(shù) 或用作以下說明的端部點(diǎn)檢測器。由于對于通信系統(tǒng)的最佳操 作，沒有任何終端會被用于非端部點(diǎn)，因此表示抽頭而不是端部 點(diǎn)的任何測量值(當(dāng)Rl多于1.5 * RO時(shí)實(shí)現(xiàn)的最大值)將導(dǎo)致 用于測量目的終端的斷開連接。
對計(jì)數(shù)
特性阻抗測量可用作用于識別隱藏布線拓樸的指示器。這種 應(yīng)用在圖9中示出為系統(tǒng)90。布線系統(tǒng)92包括未知的計(jì)數(shù)N的 區(qū)別對，表示為91a、 91b直到91c，假設(shè)其每一個都具有相同特 性阻抗值Rt，且所有都連接到共用連接點(diǎn)93。 CIM30被連接到 連接點(diǎn)93,與TUT連接相似。由于所有布線91的特性阻抗并聯(lián) 連接，因此在點(diǎn)93中測量的等效阻抗等于Rt/N。由此，通過測 量特性阻抗值(由電壓Vm表示)，可推斷出對計(jì)數(shù)。例如，在 五個相同電纜每一個都具有100歐姆特性阻抗的情況下，由CIM 30測量的等效值將是100 / 5 = 20歐姆。這種裝置也可采用以識 別隱藏布線拓樸情況下的端部點(diǎn)，這是由于這種點(diǎn)反映出所有特 征值Rt。
頻分多路復(fù)用(FDM).
上述的系統(tǒng)40是基于將信號傳輸?shù)接糜谕ㄐ挪僮飨嗤l譜 上的傳輸線中。這樣，需要進(jìn)行測量以避免與通信信號的沖突。 這種測量復(fù)雜且還限制了操作測量系統(tǒng)或傳輸線上通信網(wǎng)絡(luò)的 有效性。在一個或多個實(shí)施例中，采用頻分/域復(fù)用(FDM)裝 置，其中通信信號由某頻率承載，該頻帶與通過終端測量系統(tǒng)使
用的不同。頻i瞽分配100的實(shí)例于圖10中示出，沿著頻率軸101 示出。通信系統(tǒng)可使用在頻率fl和f2之間分配的頻帶103。用 于自動終端系統(tǒng)的頻率分配使用在頻率f2之上的帶102。
在圖11中示出利用在上述FDM概念上的系統(tǒng)110。通信系 統(tǒng)基于調(diào)制解調(diào)器113經(jīng)由帶通濾波器(BPF) 112傳輸/接收 信號至/自傳輸線42,僅傳輸在頻帶103中的信號。終端43還 經(jīng)由BPF 112連4^到傳輸線42。自動終端系統(tǒng)基于CIM 30，經(jīng) 由帶通濾波器(BPF) 111連接到傳輸線42，僅通過與終端系統(tǒng) 相關(guān)的信號，這些信號存在于頻帶102中(頻率f2之上)。在圖 IO中示出的頻率分配100中，BPF lll可實(shí)施為高通濾波器(HPF) 和BPF 112可實(shí)施為低通濾波器(LPF)。
在不同且不重疊的頻帶中工作，通信和自動終端系統(tǒng)都能同 時(shí)工作，都接合到相同的傳輸線。由于通過自動終端系統(tǒng)(包括 CIM30和TS43)獲得的終端值涉及到某一頻譜，該頻譜不同于 通信系統(tǒng)使用的頻帶，需要調(diào)整所測量值以由測量帶改為通信 帶。這種調(diào)整可使用公知的公式，預(yù)先確定的縮放比例或任何其 他配合、外推或近似機(jī)理。
雖然上述描述包括其中自動終端系統(tǒng)在通信系統(tǒng)頻帶之上 使用頻帶的情況，但是可使用其他頻帶分配。例如，終端系統(tǒng)可 使用頻帶104作為部分分配100，位于通信系統(tǒng)頻帶下方，在這 種情況下，BPF 112可通過HPF (頻率fl上通過的信號)實(shí)施， 并且BPF 111可以用頻率fl之下的LPF來實(shí)現(xiàn)通過信號。
而且，測量系統(tǒng)可使用在通信系統(tǒng)頻帶之下和之上的兩個 帶。這兩個帶中的測量可同時(shí)進(jìn)行(例如通過兩個獨(dú)立的CIM), 或者使用單個CIM 30和兩個不同的濾波器來進(jìn)行，這兩個濾波 器是在不同時(shí)間操作。終端值的計(jì)算可使用兩種測量(低和高頻 帶)，諸如基于兩個讀數(shù)的插值法(例如，平均)。
研究隱藏布線.
本發(fā)明的一個應(yīng)用包括研究未知的且不容易達(dá)到的布線結(jié) 構(gòu)。建筑中現(xiàn)有的電話布線是一個實(shí)例。這種現(xiàn)有電話布線隱藏 在房間的墻壁中，且需要很多努力來顯露出布線的拓樸。這種現(xiàn)
有電話布線結(jié)構(gòu)的實(shí)例在圖13中示出為系統(tǒng)130，涉及在建筑 132墻壁中的電話布線結(jié)構(gòu)。室內(nèi)電話布線經(jīng)由一個或多個電話 導(dǎo)線對連接到PSTN (公共交換電話網(wǎng)絡(luò))131, —般稱為"本地 回路，，或"用戶回路"。在室內(nèi)經(jīng)由電話出口 134a、 134b、 134c和 134d可達(dá)到電話布線。每個這種出口 134都連接到內(nèi)壁布線，并 允許經(jīng)由前連接器135與其連接(在北美通常為RJ-11插座)，適 合于通過合適的插頭(在北美中的RJ-11插頭)連接電話機(jī)。如 示出的系統(tǒng)130， RJ-11插座135a、 135b、 135c和135d分別是出 口 134a、 134b、 134c和134d的 一部分。在大多數(shù)情況下，電話 插座是面板的一部分，該面板經(jīng)由螺絲136aa和136ab固定到內(nèi) 壁結(jié)構(gòu)上，相應(yīng)的螺絲在圖中未示出，可用于所有其他出口。電 話布線段133a連沖妄外部本地回路(通常經(jīng)由外部連接盒)至出 口 134a。電話布線133b連沖妄出口 134a和134b,且這樣，RJ-11 插座實(shí)際上是用于布線段133a和133b的連接點(diǎn)。相似地，布線 段133c連接出口 134b和134c，且布線段133d連接出口 134b和 134d。由此，出口 134b用作用于三段133b、 133c和133d的連 接點(diǎn)。
很多情況下，研究室內(nèi)布線拓樸是有益的。例如，在其中電 話布線用于數(shù)據(jù)通信(如上述的HomePNA)的情況下，知道布 局能安裝合適的終端到導(dǎo)線，由此減少反射并改善通信特征。但 是，由于電話導(dǎo)線在房間墻壁中隱藏，因此沒有簡單且直掩的方 式直到建筑中的布線布局。從墻壁拆卸出出口以研究隱藏布線布 局麻煩、浪費(fèi)時(shí)間、昂貴且很可能需要專業(yè)人員(例如電工、電 話技術(shù)員)。通過使用上述的對計(jì)數(shù)方法，使用CIM提供了研究 布局的簡單且快速的方式。例如，假設(shè)電話導(dǎo)線對特性阻抗(在 所測量的帶寬中)約為120歐姆。連接CIM至出口 134a (直接 連接至RJ-11插座135a)將導(dǎo)致120/ 2 = 60歐姆的測量阻抗，
這是由于兩個布線段133a和133b連接到出口 134a上。相似地， 連接到出口 134b的插座135b將測量120/ 3 = 40歐姆，這是由 于三個連接段133b、 133d和133c。相似地，出口 134d和134c 將產(chǎn)生120歐姆，這是由于單個段連接到出口 ( 120/ 1 = 120歐 姆)。由此，CIM能提供關(guān)于連接到指定出口的布線段數(shù)目的數(shù) 據(jù)。在上述實(shí)例中，在所有房間出口中的一組測試將清楚地表示 僅出口 134d和134c連接到單個布線段，且因而僅為需要終端的 那些。
除了拓樸尋找之外，CIM還用于測量任何隱藏布線段的真實(shí) 特性阻抗，如內(nèi)壁電話布線結(jié)構(gòu)130。通過例如連接至出口 134c 的連接器135c (公知為連接到單個布線段)，CIM能用于測量連 接到出口的布線段133c的特性阻抗，由此允許適應(yīng)于合適的終 端值。
雖然已經(jīng)關(guān)于電話布線描述了本發(fā)明，但是將理解，相同問 題和益處用于在建筑中的電布線，用于分散在房間內(nèi)的AC電源 (例如北美是115VAC 60Hz且歐洲是220VAC/50Hz)。這種現(xiàn) 有電話布線結(jié)構(gòu)的實(shí)例在圖14中示出為系統(tǒng)140，包括在建筑 132墻壁中的AC電源布線結(jié)構(gòu)。房間內(nèi)AC電源布線經(jīng)由連接 至連接盒147a的單個(或多個)AC電源導(dǎo)線對(典型地，第三 導(dǎo)體接地或地電勢)連接至外部功率分配系統(tǒng)141 (典型地通過 最近的發(fā)送器)，用作"分界點(diǎn)"。AC電源布線在房間內(nèi)經(jīng)由AC 電源出口 144a、 144b、 144c和144d達(dá)到。每個這種出口 144都 連接到內(nèi)壁布線，并允許經(jīng)由前面連接器145連接至這些出口 ， 通常插口具有兩個或三個凹連接器適合于經(jīng)由各自的管腳連接 附屬設(shè)備和適合的AC電源插頭。如對于系統(tǒng)140所示，AC電 源插口 I45a、 I45b、 145c和145d分別是出口 144a、 144b、 144c 和144d的一部分。在很多情況下，AC電源插座是面板的一部分， 該面板經(jīng)由螺絲146aa和146ab固定到內(nèi)壁結(jié)構(gòu)上，圖中未示出 相應(yīng)的螺絲也可適用于所有其他出口 。與上面示出為系統(tǒng)130的
電話布線結(jié)構(gòu)不同的是，AC電源布線通常使用連接盒，用于多 個AC電源布線段連接，如連接盒147b。 AC電源布線段143a連 接連接盒147a至出口 144a。 AC電源布線143b連接出口 144a和 連接盒147b。相似地，布線段143c和143e分別連接出口 144c 和144d至連接盒147b,并且布線^殳143d連接出口 144d到連接 盒147a。由此，出口 144a用作兩個段143a和143b的連接點(diǎn)。 以與上述電話布線上的數(shù)據(jù)通信相同的方式，這種AC布線可用 于與AC電源分配函數(shù)同步的數(shù)據(jù)通信(例如，使用HomePlug)。 這種系統(tǒng)中，CIM能用于(通過連接到測試出口 144的相關(guān)AC 連接器145)來確定哪一個AC電源出口位于導(dǎo)線如出口 144b、 144c和144d的端部(并由此應(yīng)很好地終端)，和哪一個出口 (如 出口 144a)不應(yīng)當(dāng)被終端，這是由于它不是一個通信端部點(diǎn)。此 外，CIM可用于測量AC電源段的特性阻抗，由此能在任何需要 的時(shí)候安裝適當(dāng)?shù)慕K端。
雖然已經(jīng)關(guān)于電話和AC電源布線演示了本發(fā)明，但是將理 解，本發(fā)明同樣能用于任何隱藏布線如位于內(nèi)壁的布線，且尤其 能用有線電視(CATV)布線。CATV布線用于分配CATV和貫穿 房間的數(shù)據(jù)信號，并且其基于共軸電纜介質(zhì)和具有RF連接器如 BNC和F型的CATV出口 。相似地，本發(fā)明將發(fā)現(xiàn)布線部分地隱 藏和/或?qū)υ摬季€以一定的方式確定路線，(例如通過多個相互 鄰近的房間或地板)，該方式造成即使可以看見該布線，也不是 很容易辨別該布線的拓樸。由此，用在本發(fā)明說明書中和附屬權(quán) 利要求中時(shí)術(shù)語"內(nèi)壁"也包括這種應(yīng)用。
在用于服務(wù)布線的上述內(nèi)壁布線應(yīng)用中，包括CATV、 AC電 源或電話布線，該方法70步驟72包括連接內(nèi)壁布線，典型地經(jīng) 由電話布線應(yīng)用中的電話出口 134的電話連接器135，或者經(jīng)由 AC電源應(yīng)用中AC電源出口 144中的AC電源連接器145,或者 經(jīng)由是CATV出口的一部分的RF連接器。相似地，涉及CIM斷 開連接操作77包括與出口中的連接器斷開。
外殼/封裝
具有或不具有示出系統(tǒng)40以及系統(tǒng)80b的終端i殳置裝置的 上述CIM 30可以被容納和/或集成到封裝(部分或全部)中， 如該申請所擔(dān)保的。在一些實(shí)施例中，CIM將單獨(dú)容納，分離地 封裝且是孤立器件。用于測試連接布線段數(shù)目和住宅建筑中電話 布線系統(tǒng)特性阻抗的，用作手柄測試裝置的這種示范性器件150, 如上所述，涉及到布線系統(tǒng)130，于圖15中示出。器件150通過 RJ-ll插頭151連接到電話出口 134 RJ-ll插座連接器135，且緊 接著操作示出了在數(shù)字顯示器153中單位為歐姆的測試特性阻 抗。相似地，對計(jì)數(shù)在每個上述方法中被測量，且對的4支術(shù)通過 適當(dāng)視覺顯示器(如LED)中的光被顯示，其中指示器152a、152b、 152c和152d分別表示1、 2、 3和4對計(jì)數(shù)。
在其他實(shí)施例中，CIM30(具有或不具有終端設(shè)置如系統(tǒng)40) 和系統(tǒng)80b是不分離的，而是將它們與調(diào)制解調(diào)器或與用于在布 線或傳輸線上進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的接收器相集成。在這種情況下，包 括調(diào)制解調(diào)器的外殼也將被用于容納CIM及其所涉及和所相關(guān) 的部件。
數(shù)據(jù)的討論相似(包括電話，AC電源和CATV), CIM相關(guān)的電 路可被嵌于(全部或部分) 一個出口中(該出口具有或不具有各 自的調(diào)制解調(diào)器)或可與服務(wù)出口 (包括電話，AC電源和CATV 出口 )機(jī)械和電李連接/分開的模塊中。與北美的AC電源出口 一起使用的這種出口搭鎖模塊的實(shí)例在圖16中示出為模塊160。 才莫塊160通過兩個功率管腳161a和161b機(jī)械連接和電連接到AC 電源出口 144 (如圖14中所示)，以插入到AC電源插座145各 自的凹連接器中。顯示出模塊160以包括電源線調(diào)制解調(diào)器(如 HomePlug基調(diào)制解調(diào)器)，允許數(shù)據(jù)單元經(jīng)由IEEE802.3 10 / 100BaseT RJ-45插座162連接，以在AC電源介質(zhì)上通信。這種
模塊160通常包括一個或多個可見指示器如所示出的163a,以向 用戶報(bào)告系統(tǒng)狀態(tài)。
操作模式
可使用涉及特性阻抗測量的各種操作計(jì)時(shí)模式。
連續(xù)模式在這種實(shí)施例中，特性阻抗被連續(xù)測量。這種操 作通過在操作序列70中激活"延遲，，69來獲得。這樣， 一旦完成 測量序列，自操作72或操作74的序列重新開始，導(dǎo)致傳輸并測 量另一脈沖。在其中不期望有反射的情況下(例如，長的傳輸線 或良好的終端線)，延遲是最小值或甚至為零。在其中發(fā)生反射 的情況下，計(jì)算延遲，從而根據(jù)檢測操作75將感測不到反射。 相似地，連續(xù)操作可以使用周期性操作，其中在固定(或可變) 間隔處激活該系統(tǒng)，基于在操作69中遭受的延遲。在其中傳輸 線也用于數(shù)據(jù)通信的情況下，應(yīng)當(dāng)注意為特性阻抗測量傳輸?shù)拿} 沖不干擾數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的操作。如果系統(tǒng)單獨(dú)用于測量(如作為 測試裝置)如用于對計(jì)數(shù)，則不需要這種預(yù)防。應(yīng)當(dāng)注意，測量 /設(shè)置終端值系統(tǒng)80b也能連續(xù)(或者周期性)工作，而不影響 數(shù)據(jù)通信操作。
在操作的連續(xù)模式中，終端值的設(shè)定也可是連續(xù)的，其中設(shè) 置值追蹤連續(xù)或周期測量的特性阻抗，或者可替代地，可以根據(jù) 測量高于閾值的變化或根據(jù)外部控制指令來設(shè)置終端值。
一次搮作模式在這種實(shí)施例中，圖7中示出的操作序列70 操作一次，并且在程序完成后恢復(fù)其非操作狀態(tài)。這種模式下， 消除了對操作69的需要。啟動該過程的"開始"操作71可自動操: 作或根據(jù)外部控制(CIM單元外部)的需求來操作。在一個實(shí)施 例中，測量的初始化由對該單元充電來啟動。在另一實(shí)施例中， 可在每次通信會話初始化處由調(diào)制解調(diào)器來啟動測量(和啟動全冬 端值設(shè)置)，在再一實(shí)施例中，系統(tǒng)將根據(jù)用戶的人工請求(例 如按鍵)著手操作。相似地，用于系統(tǒng)80b,對于短周期僅允許
一次回路操作，且之后將鎖定設(shè)置值。
信息包基操作雖然展示了有關(guān)CIM30的本發(fā)明，CIM30 產(chǎn)生特殊的專用脈沖，僅用于特性阻抗測量的目的，但是本發(fā)明 同樣可用于某種情形將是可以理解的，其中用于測量的能量是調(diào) 制解調(diào)器規(guī)則數(shù)據(jù)通信操作的一部分。尤其，在信息包或突發(fā) (burst)基通信中，其中發(fā)送器不是連續(xù)地傳輸而是間歇地傳輸， 信息包傳輸也能用于測量特性阻抗的目的。通常，用在本領(lǐng)域中 的信息包如IEEE802.3包括四個部分(通常稱作字段)，圖17中 示出為信息包170。第一傳輸部分是報(bào)頭171,用于同步和接收 器訓(xùn)練，之后是標(biāo)題字段172,包括附加(overhead)和管理信 息例如地址。接下來傳輸真實(shí)數(shù)據(jù)173,之后是尾部字段174(例 如包括檢驗(yàn)和)。在信息包開始之后不久，能夠執(zhí)行測量，基于 作為報(bào)頭的一部分傳輸?shù)哪芰浚绲葧r(shí)線175中所示。在這種 結(jié)構(gòu)中，可基于信息包定時(shí)來進(jìn)行該測量。例如，可根據(jù)每次信 息包發(fā)送或每次多個信息包設(shè)置來啟動操作。
如果需要，終端值的設(shè)置也可以是連續(xù)的， 一次或者信息包 基。在每種情況下，設(shè)置值可以追蹤連續(xù)的、周期性的或者一次 測量的特性阻抗，或者可替代地，可根據(jù)測量高于閾值變化來詔: 置，或者根據(jù)外部控制指令來設(shè)置終端值。
執(zhí)行準(zhǔn)則的實(shí)例在圖18中示出為系統(tǒng)180。示出了 CIM30， 其中通過將脈沖接合到輸入31 ("測量")來啟動操作。如基于本 領(lǐng)域中公知的555族集成電路定時(shí)器，可將脈沖產(chǎn)生器184連接 到"測量"端口 31，重復(fù)且周期性地將脈沖發(fā)送到CIM 30，執(zhí)4亍 連續(xù)和/或操作的周期模式?？商娲兀峁┝艘环N加電電路， 包括電阻器181、電容器182和反相門(inverting gate ) 185 (優(yōu) 選具有施密特觸發(fā)器功能)諸如74HC 14。在加電之前，將電容 器182放電。 一旦給電路提供動力，電容器182就充電，導(dǎo)致門 185輸出以產(chǎn)生短的"測量，，脈沖，由此根據(jù)每次系統(tǒng)加電開始一 次操作。此外，可通過與電容器182并聯(lián)地連接開關(guān)按鈕183來
增加人工啟動。 一旦開關(guān)183觸點(diǎn)關(guān)閉，電容器放電且"測量"脈 沖再次產(chǎn)生。
雖然已經(jīng)用各種操作模式如連續(xù)性、周期性、人工、 一次性 和每個信息包操作演示了本發(fā)明，但是將理解，本發(fā)明同樣可用 于上述模式的任意組合。例如，可用通電來啟動該系統(tǒng)，并且4妻 著周期地或話路計(jì)時(shí)通信。而且，根據(jù)外部控制，操作期間，系 統(tǒng)可從一個模式向另 一個模式切換。
對于包括數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信的很多應(yīng)用，線的特性阻抗可實(shí)際上 被認(rèn)為具有純電阻。雖然上面已經(jīng)設(shè)計(jì)純電阻基終端演示了本發(fā) 明，但是可以意識到，本發(fā)明同樣可用于任一種類型的終端，包 括包含復(fù)雜阻抗的終端，例如使用圖5的實(shí)施例。此外，線性和 非線性終端都被考慮。而且，雖然上面已經(jīng)關(guān)于使終端值與線的 特性阻抗相匹配以降低反射演示了本發(fā)明，但是將理解，可同樣 將本發(fā)明用于其任何應(yīng)用，其中不配置匹配終端。在這些應(yīng)用中， 測量的特性阻抗值可用作終端值的基礎(chǔ)以進(jìn)行安裝，由此能控制 失配和所產(chǎn)生反射的電平，代替了試圖將其全部消除。例如，在 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸中可使用輕微失配，以提高信號的上升/下降時(shí) 間。
雖然上面已經(jīng)關(guān)于平行終端演示了本發(fā)明，其中終端直接連 接到包括有線傳輸線的兩個導(dǎo)體，但是將理解，本發(fā)明同樣可用 于任一種類型的終端設(shè)置或布局，如串聯(lián)(也叫做背面匹配)、 功率、和只又向，^t口 National Semiconductor Corporation Application Note 902 ( 1993年8月)、名稱為"A Comparison of Differential Termination Technique"中描述的。而且，本發(fā)明能用在平衡和不 平衡的線中，以及有損耗和無損耗的線中。
雖然上面已經(jīng)關(guān)于包括在有線傳輸線上傳播的電信號的數(shù) 字?jǐn)?shù)據(jù)通信演示了本發(fā)明，但是將理解，本發(fā)明同樣可用于任一 種類型的電信號，包括模擬信號。
雖然已經(jīng)關(guān)于包括兩個導(dǎo)體和承載電信號的金屬傳輸線描
述了本發(fā)明，但是將理解，本發(fā)明同樣能用于任一種類型的傳輸 線，包括任何電波傳輸系統(tǒng)，其中通過波傳輸定向來導(dǎo)向或抑制 電磁波能量。這種波傳輸線包括無源或有源的波傳輸網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng) 絡(luò)模擬長線波傳輸系統(tǒng)或波定向的特性，這些系統(tǒng)和定向例如人 工線、延遲網(wǎng)絡(luò)、共振器、阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)、補(bǔ)償器、負(fù)載線和濾 波器。
雖然已經(jīng)關(guān)于由單個無源無件(如電阻器)構(gòu)成的終端描述 了本發(fā)明，但是將理解，本發(fā)明同樣可用于任一種類型的終端設(shè) 置，包括無源或有源元件，包括阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，混合網(wǎng)絡(luò)、接合 網(wǎng)絡(luò)、整形網(wǎng)絡(luò)、相移網(wǎng)絡(luò)、濾波器、補(bǔ)償器和衰減器。有源元 件包括一些裝置，這些裝置用于產(chǎn)生橫跨至少兩個系統(tǒng)終端的負(fù) 電阻，和/或電感或電容，其中上述的每一個可以是正的或負(fù)的。
權(quán)利要求
1.一種用于估計(jì)連接到單個連接點(diǎn)(93)的導(dǎo)線對(91a、91c、91c)數(shù)量的方法(70)，其中所有導(dǎo)線對具有相似的標(biāo)稱特性阻抗ZO，該方法包括連接(73)特性阻抗測量裝置至連接點(diǎn)；測量(75)由連接點(diǎn)處的導(dǎo)線對表示的集總阻抗Z；和計(jì)算ZO/Z(78)以提供連接至連接點(diǎn)的導(dǎo)線對的數(shù)目估計(jì)。
2. 如權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括存儲(76)所測量的阻 抗值或?qū)Ь€對數(shù)目估計(jì)的表述。
3. 如權(quán)利要求1或2的方法，還包括提供所測量的阻抗^f直或 導(dǎo)線對(152)數(shù)目估計(jì)的視覺顯示(153 )。
4. 如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)的方法，其中導(dǎo)線對(133， 143 ) 至少部分地隱藏在建筑(132)的墻壁中，連接點(diǎn)是出口 (134， 144),該出口具有前面板，且連接到連接點(diǎn)包括連接到在出口前 面板上的連接器(135, 145 )。
5. 如權(quán)利要求4的方法，其中導(dǎo)線對形成電話(130) ,AC電 源(140)或CATV布線基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的一部分，且出口分別是電話(134 )、 AC電源(144 )或CATV出口 。
6. 如權(quán)利要求5的方法，其中基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)在第一頻帶中承載信 號，和測量集總阻抗包括將能量以不同于第一頻帶不同的第二頻 帶傳輸至連接點(diǎn)。
7. 如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)的方法，進(jìn)一步包括識別(7 8)具有單個連接的布線端點(diǎn)，其中連接點(diǎn)集總阻抗是 ZO,和將終端連接(79)至所識別的布線端點(diǎn)的連接點(diǎn)。
8. 如權(quán)利要求1的方法，其中導(dǎo)線對至少部分隱藏在建筑的 墻壁中，連接點(diǎn)是出口，和將特性阻抗測量裝置連接至連接點(diǎn)包 括將測試裝置結(jié)合至出口中。
9. 如權(quán)利要求1的方法，其中用于通信的調(diào)制解調(diào)器(113 ) 被連接到連接點(diǎn)，和所述方法還包括一個從連接點(diǎn)斷開連沖矣(72) 調(diào)制解調(diào)器的初步操作，和 一 個將調(diào)制解調(diào)器重新連接到連接點(diǎn) 的隨后操作。
10. 如權(quán)利要求1的方法，其中周期性地，或者根據(jù)外部信號 的施加、或者根據(jù)手動操作、或根據(jù)測量裝置的加電來啟動測量 和計(jì)算。
11. 一種用于估計(jì)連接到單個連接點(diǎn)(93)的導(dǎo)線對(91a， 91b， 91c)數(shù)量的裝置(30),其中具有相似的標(biāo)稱特性阻抗的 一個或多個導(dǎo)線對全部連接到該單個連接點(diǎn)，所述裝置包括用于連接到連接點(diǎn)的端口 (39)，集總阻抗測量單元(30 )，接合到所述端口，用于瞬時(shí)測量 連接點(diǎn)集總阻抗Z，和ZO/Z計(jì)算器接合到集總阻抗測量單元，用于計(jì)算ZO/Z以估 計(jì)所連接的導(dǎo)線對計(jì)數(shù)。
12. 如權(quán)利要求11的裝置，還包括接合到所述集總阻抗測量 單元的存儲器(38)，用于存儲測量的集總阻抗值或所計(jì)算的導(dǎo) 線對數(shù)目的表示。
13. 如權(quán)利要求11或12的裝置，還包括用于顯示所測量集總 阻抗值(153)或所計(jì)算的導(dǎo)線對數(shù)目(152)的視覺顯示器。
14. 如權(quán)利要求11或13的裝置，用于當(dāng)導(dǎo)線對至少部分隱藏 在建筑(130， 140)的墻壁中時(shí)使用，連接點(diǎn)是出口 ( 134, 144 )， 其具有前面板，其中所述端口包括連接器(161 )，其與出口前面 板上的補(bǔ)償連接器(135， 145)相匹配。
15. 如權(quán)利要求14的裝置，其中導(dǎo)線對形成電話、AC電源、 CATV布線基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的一部分，出口分別是電話、AC電源或CATV 出口，且所述連接器分別是電話、AC電源或CATV插頭。
16. 如權(quán)利要求15的裝置，其中基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)在第一頻帶中承載 信號，并且所述集總阻抗測量單元包括 '接合到所述連接器的能量發(fā)送器(32)，用于將能量傳輸?shù)?連接點(diǎn)，所述能量以不同于第一頻帶的第二頻帶承載。
17. 如權(quán)利要求11至16中任一項(xiàng)的裝置，進(jìn)一步包括用于 識別具有單個連接的布線端點(diǎn)的設(shè)備，其中連接點(diǎn)集總阻抗是 ZO，和用于將終端連接到識別的布線端點(diǎn)連接點(diǎn)的設(shè)備。
18. 如權(quán)利要求11至17中任一項(xiàng)的裝置，用于當(dāng)導(dǎo)線對至少 部分隱藏在建筑的墻壁中時(shí)使用，其中連接點(diǎn)是出口，和所述裝 置至少部分結(jié)合到出口中。
19. 如權(quán)利要求11至18中任一項(xiàng)的裝置，用于與調(diào)制解調(diào)器 一起使用，該調(diào)制解調(diào)器用于在導(dǎo)線對上通信，其中該裝置還包 括一個選擇連接的單元，用于從連接點(diǎn)斷開連接調(diào)制解調(diào)器并將 調(diào)制解調(diào)器重新連接至連接點(diǎn)。
20. 如權(quán)利要求11至19中任一項(xiàng)的裝置，進(jìn)一步包括選擇器， 用于周期性地、或根據(jù)外部信號的施加、或根據(jù)人工操作或根據(jù) 裝置的加電來操作所述裝置。
21. —種使用閉合控制回路，將終端相配到有線傳輸線的方 法，傳輸線被連接以承載信號并具有標(biāo)稱特性阻抗，該方法包括將具有可控制阻抗值的終端連接至傳輸線；測量由終端耗散的功率；和改變終端阻抗值以獲得通過終端的最大功率耗散。
22. 如權(quán)利要求21的方法，進(jìn)一步包括存儲該終端值的表述。
23. 如權(quán)利要求21或22的方法，其中所述測量包括直接測量 4黃3爭終端的電壓和流過終端的電流中的至少一個。
24. 如權(quán)利要求21或22的方法，其中所述測量包括通過測量 受耗散功率影響的物理現(xiàn)象來間接測量耗散功率。
25. —種用于使用閉合控制回路將終端相配至有線傳輸線 (lla， lib)的裝置(80b)，傳輸線被連接以承載信號并具有標(biāo)稱特性阻抗，所述裝置包括端口 (81a、 81b),用于連接至有線傳輸線，終端(83)，具有與所述端口接合的可變阻抗值并具有控制 端口 ( 89 ),接合到所述終端用于測量耗散功率的設(shè)備(82, 85 )，和控制設(shè)備(87)，其接合到用于測量的所述設(shè)備和所述控制端 口之間，該控制端口用于閉合回路控制，運(yùn)作于改變所述終端的阻 抗值，當(dāng)電源提供到傳輸線時(shí),將所述終端中耗散的功率最大化。
26. 如權(quán)利要求25的裝置，還包括用于存儲終端阻抗〗直表述 的存儲器。
27. 如權(quán)利要求25或26的裝置，其中在所述終端中耗散的功 率通過測量橫跨所述終端的電壓和通過所述終端的電流中的至 少一個來直接測量。
28. 如權(quán)利要求25或26的裝置，其中在所述終端中耗散的功 率通過測量受耗散功率影響的物理現(xiàn)象來間接測量。
29. —種用于估計(jì)最佳阻抗值的方法(70)，該最佳阻抗值用 于具有集總阻抗Z的有線傳輸線的終端，包括連接(73)特性阻抗測量裝置至有線傳輸線，瞬時(shí)測量(75)集總阻抗Z,并基于所測量的值Z來估計(jì)(78)最佳終端值。
30. 如權(quán)利要求29的方法，還包括存儲(76)所測量集總阻抗值 的表述。
31. 如權(quán)利要求29或30的方法，其中估計(jì)的值等于所測量的 值Z。
32. 如權(quán)利要求29至31中任一項(xiàng)的方法，還包括將具有估計(jì) 值的終端連接(79)至有線傳輸線。
33. 如權(quán)利要求29或32的方法，其中有線傳輸線包括一個導(dǎo) 線對，其至少部分隱藏在建筑墻壁中、并連接到具有前面板的出口(134, 144)，和所述連接特性阻抗測量裝置至有線傳輸線包括 連接該裝置至出口前面面板上的連接器(135， 145)。
34. 如權(quán)利要求33的方法，其中導(dǎo)線對是電話、AC電源、或 CATV布線基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中的一部分，且所述出口分別是電話、AC 電源或CATV出口 。
35. 如權(quán)利要求34的方法，其中基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)在第一頻帶中承載 信號，且所述測量步驟包括傳輸(74)能量至傳輸線，該能量在 不同于第一頻帶的第二頻帶中。
36. 如權(quán)利要求29的方法，其中有線傳輸線包括至少部分隱 藏在建筑的墻壁中的導(dǎo)線對(133, 143 )，導(dǎo)線對中的至少其中 之一連接到出口 ，和所述方法包括結(jié)合測量裝置到出口中的初步 操作。
37. 如權(quán)利要求29的方法，與用于在有線傳輸線上的通信的 調(diào)制解調(diào)器一起使用，其中有線傳輸線包括導(dǎo)線對，和所述方法 還包括通過將調(diào)制解調(diào)器與有線傳輸線斷開連接(72)來啟動 所述測量操作；和在所述測量操作之后將調(diào)制解調(diào)器重新連接至 傳輸線。
38. 如權(quán)利要求29的方法，其中所述測量和估計(jì)操作是周期 性地、或根據(jù)外部信號的施加、或根據(jù)手動操作或根據(jù)測量裝置 的加電來啟動的。
39. —種用于估計(jì)至有線傳輸線的終端的裝置(50),該裝置 包括端口 (39)，用于連接至有線傳輸線，阻抗測量單元(82， 85)，接合到所述端口，用于瞬時(shí)測量 傳輸線的集總阻抗z，和接合到所述阻抗測量單元的裝置(37),用于基于所測量的 值Z估計(jì)傳輸線的最佳終端值。
40. 如權(quán)利要求39的裝置，還包括接合的存儲器(38),用于 存儲測量的集總阻抗值。
41. 如權(quán)利要求39或40的裝置，其中估計(jì)的值等于所測量的 值Z。
42. 如權(quán)利要求39至41中任一項(xiàng)的裝置，還包括用于將具有 估計(jì)值的終端(53)連接到有線傳輸線的設(shè)備(60)。
43. 如權(quán)利要求39至42中任一項(xiàng)的裝置，其中有線傳輸線包 括導(dǎo)線對，其至少部分隱藏在建筑的墻壁中、并連接到具有前面板 的出口 ，和所述端口包括用于連接到在出口前面板上的又一連接 器的連接器。
44. 如權(quán)利要求43的裝置，其中導(dǎo)線對是電話、AC電源、或 CATV布線基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中的一部分，和出口分別是電話、AC電源或 CATV出口 。
45. 如權(quán)利要求44的裝置，其中基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)在第一頻帶承載信 號，和所述阻抗測量單元包括接合到所述連接器的能量發(fā)送器，用于將能量傳輸至有線傳 輸線；該能量以不同于第一頻帶的第二頻帶承載。
46. 根據(jù)權(quán)利要求39至45中任一項(xiàng)的裝置，與出口結(jié)合。
47. 如權(quán)利要求39至46中任一項(xiàng)的裝置，與用于在有線傳輸 線上通信的調(diào)制解調(diào)器一起使用，其中所述裝置進(jìn)一步包括用于 將調(diào)制解調(diào)器與有線傳輸線斷開連接、并將調(diào)制解調(diào)器重新連接 至傳輸線的開關(guān)。
48. 如權(quán)利要求39至47中任一項(xiàng)的裝置，進(jìn)一步包括選擇器， 用于周期性地、或根據(jù)外部信號的施加、或根據(jù)手動操作、或根 據(jù)給裝置加電來操作所述裝置。
全文摘要
一種用于測量傳輸線特性阻抗的系統(tǒng)和方法，包括傳輸能量到該線，和之后不久測量所涉及的電壓/電流，和由此測量等同的阻抗。之后使用所測量的特性阻抗以確定最小化反射(refletion)所需的終端值。在另一實(shí)施例中，通過調(diào)整終端值設(shè)置或測量適當(dāng)?shù)慕K端，以實(shí)現(xiàn)終端器件中最大的功耗。等同的特性阻抗測量可用于計(jì)數(shù)連接到單個連接點(diǎn)的金屬導(dǎo)體的數(shù)目。該摘要不打算限制或構(gòu)成權(quán)利要求的范圍。
文檔編號G01R27/04GK101107532SQ200580046800
公開日2008年1月16日 申請日期2006年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月23日
發(fā)明者耶胡達(dá)·賓德爾, 艾米·哈扎尼 申請人:塞爾科尼特有限公司