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Dokumentenidentifikation DE102004039022B4 27.09.2007
Titel xDSL-Multistandard-Treiberschaltung
Anmelder Infineon Technologies AG, 81669 München, DE
Erfinder Hauptmann, Jörg, Wernberg, AT;
Terschluse, Markus, 85579 Neubiberg, DE
Vertreter PAe Reinhard, Skuhra, Weise & Partner GbR, 80801 München
DE-Anmeldedatum 11.08.2004
DE-Aktenzeichen 102004039022
Offenlegungstag 23.02.2006
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 27.09.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.09.2007
IPC-Hauptklasse H04M 11/06(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine xDSL-Multistandard-Treiberschaltung zum Treiben von unterschiedlichen xDSL-Signalen, insbesondere von ADSL- und VDSL-Signalen.

Die US 2004/0051389 A1 beschreibt eine geschaltete Spannung zur Versorgung für einen Operationsverstärker. Dabei ist die positive Versorgungsspannung des Operationsverstärkers über eine Schalteinrichtung zwischen einer niedrigen Versorgungsspannung und einer hohen Versorgungsspannung umschaltbar. Eine Logikschaltung erfasst, ob ein anliegender Digitalwert über einem bestimmten Schwellenwert liegt und steuert die Umschalteinrichtung entsprechend.

Die US 6,621,346 B1 beschreibt einen Operationsverstärker für unterschiedliche programmierbare Signalverstärkungen.

In den letzten Jahren sind verschiedene DSL-(Digital Subscriber Line-)Standards entwickelt worden. Die bekanntesten DSL-Standards sind ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line), HDSL (High-Bit Rate Digital Subscriber Line), IDSL (ISDN Digital Subscriber Line), MDSL (Medium-Bit Rate Digital Subscriber Line), RDSL (Rate Adaptive ADSL), RADSL (Reverse ADSL), SDSL (Symmetric Digital Subscriber Line) und VDSL (Very High Speed Digital Subscriber Line).

Die verschiedenen DSL-Standards weisen unterschiedliche Upstream- und Downstream-Datenraten auf, wobei einige DSL-Standards zusammen mit einem herkömmlichen Telefonservice (POTS) eingesetzt werden, wie beispielsweise ADSL, MDSL, SDSL und VDSL, und wobei einige nicht mit POTS kompatibel sind, wie HDSL und IDSL. Derjenige xDSL-Standard, der die weiteste Verbreitung gefunden hat, ist der ADSL-Standard, der unterschiedliche Datenübertragungsraten für die zu dem Nutzer fließenden Datenströme (Downstream) und für die von dem Nutzer abgehenden Datenströme (Upstream) aufweist. Daher wird dieser ADSL-Standard auch als asymmetrisch bezeichnet. Datenübertragungsraten sind dabei typischerweise downstream, d.h. hin zu dem Nutzer, in etwa zehnmal so hoch wie upstream, d.h. hin zum Service-Provider. Die Downstream-Datenübertragungsraten liegen typischerweise bei ADSL zwischen 1 und 8 Mbps, während die Upstream-Datenübertragungsraten zwischen 100 und 800 kbps liegen. Die Datenübertragungsraten von VDSL sind wesentlich höher und erreichen beispielsweise 25 Mbps in beide Datenübertragungsrichtungen.

Bei ADSL werden die DMT-modulierten Signale in einem relativ schmalen Frequenzband mit einer Frequenzbandbreite von etwa 2 MHz übertragen. Demgegenüber erfolgt die Datenübertragung bei VDSL in einem relativ breiten Frequenzband mit einer Frequenzbandbreite bis zu 30 MHz.

1 zeigt eine xDSL-Treiberschaltung nach dem Stand der Technik. Die xDSL-Treiberschaltung weist einen Signaleingang zum Anlegen eines xDSL-Signals auf, welches von einem analogen Frontend (AFE) stammt. Das angelegte xDSL-Signal wird über Entkopplungskondensatoren C1 und Eingangswiderstände R1 an die Signaleingänge eines Operationsverstärkers angelegt. Der voll differenziert aufgebaute Operationsverstärker weist zwei Signalausgänge auf, die jeweils über einen Rückkoppelwiderstand R2 an einen Signaleingang des Operationsverstärkers rückgekoppelt sind. Darüber hinaus sind die Signalausgänge des Operationsverstärkers über einen Ausgangswiderstand R4 an eine Primärspule L1 eines Transformators gekoppelt. Der Transformator weist eine Sekundärspule L2 auf, wobei das Verhältnis der Anzahl der Windungen zwischen der Primär- und der Sekundärspule ein Übertragerverhältnis Ü festlegt. Der Übertrager bzw. Transformator dient zur DC-Entkopplung. In Reihe zu der Sekundärspule L2 ist ein Kondensator C2 geschaltet, der als Hochpass zur Entkopplung der POTS-Telefonsignale von den Datensignalen dient.

Die Signalausgänge des Operationsverstärkers sind ferner kreuzweise über Widerstände R3 an die Signaleingänge des Operationsverstärkers gekoppelt. Über die Widerstände R3 erfolgt eine Mitkopplung zur Erzeugung einer synthetisierten Ausgangsimpedanz der Treiberschaltung.

Die Ausgangsimpedanz ZA' auf der Primärseite des Transformators ergibt sich aus dem Produkt eines Synthesefaktors m und dem Ausgangswiderstand R4: ZA' = m·2R4.

Die Dimensionierung der Rückkoppelwiderstände R3 bestimmt den Syntheseimpedanzfaktor m. Das Verhältnis des Widerstandes R2 zu dem Widerstandswert des Eingangswiderstandes R1 bestimmt die Signalverstärkung bzw. den Gain G des Operationsverstärkers: G = R2/R1.

Mit steigendem Trafoverhältnis ü sinkt die für den Operationsverstärker notwendige Versorgungsspannung VDD. Allerdings muss mit steigendem Trafoverhältnis ü der Operationsverstärker bzw. Line-Driver einen höheren Ausgangsstrom I liefern, um die durch den Standard bestimmte Ausgangsleistung auf die Leitung zu erreichen.

Die Länge der Signal- bzw. Telefonleitungen zwischen der xDSL-Treiberschaltung auf der Amtsseite (Central Office) und der Treiberschaltung auf Seiten des Nutzers (Customer Premise) variiert zwischen den verschiedenen xDSL-Standards. Dementsprechend ist die zu übertragende Leistung P bei den unterschiedlichen xDSL-Standards ebenfalls unterschiedlich. Beispielweise beträgt die auf die Leitung abzugebende Leistung P bei ADSL 2+ 20 dBm und bei VDSL 14,5 dBm. Wie bereits erwähnt, werden bei ADSL die Daten in einem relativ schmalen Frequenzband übertragen. Bei ADSL2 beträgt die Frequenzbandbreite 2,2 MHz. Dabei werden die Daten in zwei getrennten Subfrequenzbändern übertragen, wobei das erste Subfrequenzband für die hin zu dem Nutzer übertragenen Daten (downstream) und das zweite Subfrequenzband für die von dem Nutzer hin zum Amt übertragenen Daten (upstream) vorgesehen ist. Aufgrund einer relativ geringen Anzahl von Subfrequenzbändern bzw. der geringen Frequenzbandbreite ist die Gefahr von Übersprechen bzw. Crosstalk bei ADSL-Systemen relativ gering. Demgegenüber werden bei VDSL die Daten in einem relativ breiten Frequenzband übertragen. So weist VDSL1 eine Frequenzbandbreite von 12 MHz auf und VDSL2 eine Frequenzbandbreite von 17 MHz. Dabei sind vorzugsweise drei Subfrequenzbänder für die Downstream-Datenübertragungsrichtung und drei Subfrequenzbänder für die Upstream-Datenübertragungsrichtung vorgesehen. Aufgrund der hohen Übertragungsfrequenzbandbreite ist die Gefahr von Übersprechen bzw. Crosstalk bei VDSL im Vergleich zu ADSL-Systemen höher.

Daher werden bei VDSL-Systemen die von der VDSL-Treiberschaltung abgegebenen Signale mit einem geringeren Leistungspegel als bei ADSL-Systemen übertragen, um der Gefahr von Übersprechen vorzubeugen. Bei VDSL beträgt der vorgeschriebene maximale Leistungspegel 14,5 dBm, während bei ADSL-Systemen ein maximaler Leistungspegel mit der Leitung von bis zu 20 dBm zulässig ist. Aufgrund der unterschiedlichen Signalleistungen ist auch der Spannungssignalhub des durch den Operationsverstärker abgegebenen Signals bei den unterschiedlichen xDSL-Standards unterschiedlich. Der Signalhub am Ausgang des Operationsverstärkers wird maßgeblich durch die an den Operationsverstärker angelegte Versorgungsspannung VDD bestimmt. Bei ADSL-Treiberspannungen beträgt die Versorgungsspannung für den Operationsverstärker 20V, während bei einer typischen VDSL-Treiberschaltung die Versorgungsspannung bei etwa 12 V liegt.

Durch die synthetisierte Ausgangsimpedanz über die Mitkoppelwiderstände R3 wird der Signalhub am Ausgang des Operationsverstärkers und dessen Leistungsverbrauch minimiert. Mit zunehmender Frequenzbandbreite bei der Datenübertragung nimmt allerdings die Verzerrung des Operationsverstärkers aufgrund der abnehmenden Schleifenverstärkung zu, so dass über den Synthesefaktor m eine obere Grenze gegeben ist. Der Synthesefaktor m beträgt bei typischen ADSL-Treiberschaltungen 5 bis 6, während der Synthesefaktor bei VDSL-Treiberschaltungen bei 3 liegt. Je höher die Übertragungsfrequenzbandbreite ist, desto niedriger ist der zulässige Synthesefaktor m.

Der Signalhub am Ausgang des Operationsverstärkers beträgt für eine ADSL-Treiberschaltung bei einer Versorgungsspannung VDD = 20 V, bei einem Synthesefaktor m = 6 und bei einer maximal zulässigen Ausgangsleistung P von 20 dBm 17 Vp. Demgegenüber beträgt der maximale Signalhub des Ausgangsoperationsverstärkers bei einer VDSL-Treiberschaltung bei einer Versorgungsspannung von 12 V und einem Synthesefaktor m = 3 10 Vp, d.h. 10 V von Spitze zu Spitze.

Die in 1 dargestellte xDSL-Treiberschaltung nach dem Stand der Technik wird somit, je nachdem, welcher xDSL-Standard vorliegt, unterschiedlich dimensioniert. Die nachfolgende Tabelle zeigt die wichtigsten Daten zur Dimensionierung der xDSL-Treiberschaltung nach dem Stand der Technik für den ADSL-Standard und den VDSL-Standard.

Tabelle

Ein wesentlicher Nachteil der xDSL-Treiberschaltung nach dem Stand der Technik, wie sie in 1 dargestellt ist, besteht darin, dass, je nachdem, welche Art von xDSL-Signalen übertragen werden, unterschiedliche xDSL-Treiberschaltungen vorgesehen werden müssen. Möchte ein Nutzer beispielsweise von ADSL auf VDSL wechseln, besteht die Notwendigkeit, die ADSL-Treiberschaltung durch eine VDSL-Treiberschaltung auszutauschen, d.h. die Hardware muss ersetzt werden. Möchte der Nutzer anschließend wieder zum ADSL-Standard zurückkehren, muss die VDSL-Treiberschaltung erneut durch eine ADSL-Treiberschaltung ersetzt werden, d.h. die Platinen werden erneut ausgetauscht. Dies ist für den Nutzer naturgemäß sehr mühsam. Die xDSL-Treiberschaltung nach dem Stand der Technik, wie sie in 1 dargestellt ist, bietet keinerlei Flexibilität bezüglich des anliegenden xDSL-Signals.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine xDSL-Multistandard-Treiberschaltung zu schaffen, die zwischen verschiedenen xDSL-Standardeinstellungen umschaltbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine xDSL-Multistandard-Treiberschaltung mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen xDSL-Multistandard-Treiberschaltung besteht darin, dass sie für verschiedene Sondereinstellungen programmierbar ist. Durch die entsprechende Programmierung von Software kann dieselbe xDSL-Treiberschaltung, d.h. die entsprechende Hardware, zur Verwendung unterschiedlicher xDSL-Standards benutzt werden, wobei sich lediglich die Programmierung ändert.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der xDSL-Multistandard-Treiberschaltung gemäß der Erfindung erhöht die durch das Betriebsmodussteuersignal (MODE) aktivierte Signalüberwachungsschaltung die Versorgungsspannung des Operationsverstärkers signalabhängig, wenn die Signalamplitude des anliegenden xDSL-Signals den Amplitudenschwellenwert überschreitet (Class H mode).

Bei einer alternativen Ausführungsform schaltet die durch das Betriebsmodussteuersignal (MODE) aktivierte Signalüberwachungsschaltung einen Versorgungsspannungsanschluss des Operationsverstärkers von einer niedrigen Versorgungsspannung auf eine hohe Versorgungsspannung um, wenn die Signalamplitude des anliegenden xDSL-Signals den eingestellten Amplitudenschwellenwert überschreitet (Class G mode).

Bei dieser Ausführungsform besteht die Signalüberwachungsschaltung vorzugsweise aus einem Komparator.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der xDSL-Multistandard-Treiberschaltung wird das zu treibende xDSL-Signal an einen Signaleingang der xDSL-Multistandard-Treiberschaltung angelegt, der über mindestens einen Entkopplungskondensator mit einem Signaleingang der Signalüberwachungsschaltung verbunden ist.

Der Amplitudenschwellenwert ist vorzugsweise einstellbar.

Zwischen dem Kopplungskondensator und dem Eingang des Operationsverstärkers ist vorzugsweise ein erster Widerstand (R1) vorgesehen.

Der Ausgang des Operationsverstärkers ist vorzugsweise über einen Ausgangswiderstand (R4) mit einer Primärspule (L1) eines Transformators verbunden.

Dabei weist der Übertrager vorzugsweise eine Sekundärspule (L2) auf, die in Reihe zu einem Kondensators (C2) geschaltet ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen xDSL-Multistandard-Treiberschaltung ist die Sekundärspule (L2) des Transformators und der dazu in Reihe geschaltete Kondensator (C2) mit einem Signalausgang der xDSL-Multistandard-Treiberschaltung verbunden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Rückkopplungswiderstände mittels einer ersten Schalteinrichtung umschaltbar, die durch das Betriebsmodussteuersignal angesteuert wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden die Versorgungsspannungen für den Operationsverstärker mittels einer zweiten Schalteinrichtung umgeschaltet, die durch das Steuersignal des aktivierten Komparators gesteuert wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Widerstandswerte der Rückkopplungswiderstände programmierbar.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Ausgangswiderstand (R4) über einen weiteren Rückkopplungswiderstand (R3) zur Erzeugung einer synthetisierten Ausgangsimpedanz an den Eingang des Operationsverstärkers rückgekoppelt.

Bei dem Operationsverstärker handelt es sich vorzugsweise um einen Class-G-Leistungsverstärker.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen xDSL-Multistandard-Treiberschaltung ist die Treiberschaltung voll differentiell aufgebaut.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das Betriebsmodussteuersignal (MODE) durch eine Steuerschaltung erzeugt, die aus einer Trainingssignalsequenz des zu verstärkenden xDSL-Signals den einzustellenden xDSL-Standard ermittelt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Treiberschaltung in Abhängigkeit von dem Betriebsmodussteuersignal (MODE) zwischen einer ADSL-Standardeinstellung und einer VDSL-Standardeinstellung umschaltbar.

Bei einer alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen xDSL-Multistandard-Treiberschaltung ist die Treiberschaltung in Abhängigkeit von dem Betriebsmodussteuersignal (MODE) zwischen einer ADSL-Standardeinstellung, einer VDSL-Standardeinstellung, einer SHDSL-Standardeinstellung und einer HDSL-Standardeinstellung umschaltbar.

Im Weiteren werden bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen xDSL-Multistandard-Treiberschaltung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren zur Erläuterung erfindungswesentlicher Merkmale beschrieben.

Es zeigen:

1 eine xDSL-Treiberschaltung nach dem Stand der Technik;

2 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen xDSL-Multistandard-Treiberschaltung;

3a, 3b Signaldiagramme zur Erläuterung der Funktionsweise der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen xDSL-Multistandard-Treiberschaltung gemäß 2;

4 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen xDSL-Multistandard-Treiberschaltung;

5a, 5b Signaldiagramme zur Erläuterung der Funktionsweise der zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen xDSL-Multistandard-Treiberschaltung gemäß 4.

2 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen xDSL-Multistandard-Treiberschaltung 1. Die xDSL-Multistandard-Treiberschaltung 1 ist zum Treiben eines xDSL-Signals vorgesehen, welches an einen Signaleingang 2a, 2b angelegt wird. Die xDSL-Multistandard-Treiberschaltung 1 weist einen Steuereingang 3 auf, an den ein externes Betriebsmodussteuersignal (MODE) angelegt wird. Der Steueranschluss 3 ist über eine interne Steuerleitung 4 an eine Signalüberwachungsschaltung 5 angeschlossen, wobei die Signalüberwachungsschaltung 5 in Abhängigkeit von dem Betriebsmodussteuersignal aktiv oder inaktiv geschaltet wird. Die Signalüberwachungsschaltung 5 überwacht die Signalamplitude am Signaleingang 2 der xDSL-Multistandard-Treiberschaltung 1. Die Signaleingangsanschlüsse 2a, 2b der Treiberschaltung 1 sind über Entkopplungskondensatoren 6a, 6b an Knoten 7a, 7b geschaltet. Die Knoten 7a, 7b sind einerseits über Leitungen 8a, 8b an Signaleingänge 9a, 9b der Signalüberwachungsschaltung 5 geschaltet und andererseits über Eingangswiderstände 10a, 10b mit Knoten 11a, 11b verbunden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Signalüberwachungsschaltung 5 einen weiteren Steuereingang 12 zum Einstellen eines Amplitudenschwellenwertes SW auf.

Die Knoten 11a, 11b sind mit dem nicht-invertierenden Signaleingang 13a bzw. mit dem invertierenden Signaleingang 13b eines Operationsverstärkers 19 verbunden. Der Operationsverstärker 14 ist voll differenziell aufgebaut. Der Operationsverstärker 14 weist in der in 2 dargestellten Ausführungsform zwei Versorgungsspannungsanschlüsse 15a, 15b auf. Darüber hinaus weist der Operationsverstärker zwei Signalausgänge 16a, 16b auf, die über Ausgangsleitungen 17a, 17b mit Verzweigungsknoten 18a, 18b verbunden sind. An den Verzweigungsknoten 18a, 18b wird das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 14 über Leitungen 19a, 19b an erste Schalteinrichtungen 20a, 20b rückgeführt. Die Schalteinrichtungen 20a, 20b werden über Steuerleitungen 21a, 21b, die mit dem Steuereingang 3 der Treiberschaltung 1 verbunden sind, in Abhängigkeit von dem angelegten Betriebsmodussteuersignal (MODE) gesteuert. Mindestens zwei parallel geschaltete Rückkopplungswiderstände 22a, 23a bzw. 22b, 23b sind an die beiden Ausgänge der Umschalteinrichtungen 20a, 20b geschaltet. Die parallel geschalteten Rückkopplungswiderstände sind über Leitungen 24a, 24b mit Knoten 25a, 25b verbunden. Die Leitungen 26a, 26b verbinden die Knoten 11 und die Knoten 25. Über die Schalteinrichtungen 20a, 20b und die parallel geschalteten Rückkopplungswiderstände 22, 23 wird eine innere Rückkopplungsschleife zwischen den Ausgängen 16 des Operationsverstärkers und den Signaleingängen 13 des Operationsverstärkers 14 geschaffen. Dabei sind die Rückkopplungswiderstände 22, 23 in Abhängigkeit von dem Betriebsmodussteuersignal (MODE) zur Einstellung der Signalverstärkung G des Operationsverstärkers 14 umschaltbar.

Die Signalverstärkung G des Operationsverstärkers 14 hängt von dem Verhältnis der Rückkopplungswiderstände zu dem Widerstandswert des Eingangswiderstandes 10 ab. In Abhängigkeit von dem Betriebsmodus des Steuersignals ist somit die Verstärkung G des Operationsverstärkers 14 umschaltbar.

Die Ausgangsknoten 18a, 18b des Operationsverstärkers 14 sind über Ausgangswiderstände 27a, 27b an eine Primärspule 28a eines Transformators 28 angeschlossen. Die Anschlussknoten 29a, 29b der Primärspule sind kreuzweise über Rückkopplungsleitungen 30a, 30b mit Rückkopplungswiderständen 31a, 31b verbunden. Durch die kreuzweise Rückkopplung bzw. Mitkopplung wird mittels der Widerstände 31 der Synthesefaktor m für die synthetisierte Ausgangsimpedanz festgelegt.

Der Transformator 28 weist eine Sekundärspule 28b auf, die in Reihe zu einem Kondensator 32 geschaltet ist. Die Sekundärspule 28b und der in Reihe geschaltete Kondensator 32 sind über Leitungen 33a, 33b mit Signalausgangsanschlüssen 34a, 34b der xDSL-Multistandard-Treiberschaltung 1 verbunden. An dem Signalausgang 34 der Treiberschaltung 1 ist die vorzugsweise verdrillte Signalleitung bzw. Telefonleitung 35 angeschlossen.

Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform wird der Operationsverstärker 14 in einem Class-H-Betrieb betrieben, d.h. die Versorgungsspannung, die an den Versorgungsspannungsanschlüssen 15a, 15b des Operationsverstärkers 14 anliegt, wird entsprechend dem Signalverlauf des anliegenden xDSL-Signals nachgeführt. Hierzu steuert die Signalüberwachungsschaltung 5 über Steuerleitungen 36a, 36b komplementär aufgebaute Transistoren 37a, 37b an, deren Kollektoranschlüsse 38a, 38b an die positive Versorgungsspannung VDD angeschlossen sind. Die Emitteranschlüsse der Transistoren 37a, 37b sind mit Knoten 39a, 39b verbunden, die über Stromquellen 40a, 40b an einer negativen Versorgungsspannung VSS anliegen. An die Knoten 39a, 39b sind ferner über Leitungen 41a, 41b Kondensatoren 42a, 42b angeschlossen, die über Dioden 43a, 43b an der positiven bzw. negativen Versorgungsspannung anliegen. Zwischen den Kondensatoren 42 und den Dioden 43 ist jeweils ein Abzweigungsknoten 44a, 44b vorgesehen, der über Leitungen 45a, 45b mit den Versorgungsspannungsanschlüssen 15a, 15b des Operationsverstärkers 14 verbunden ist.

Die Funktionsweise der xDSL-Multistandard-Treiberschaltung 1 gemäß der in 2 gezeigten ersten Ausführungsform wird im Weiteren im Detail erklärt.

Die xDSL-Multistandard-Treiberschaltung 1 gemäß 2 ist vorzugsweise zwischen einer ADSL-Standardeinstellung und einer VDSL-Standardeinstellung umschaltbar. Hierzu wird die xDSL-Multistandard-Treiberschaltung über den Steueranschluss 3 zwischen einem ADSL-Betriebsmodus und einem VDSL-Betriebsmodus umgeschaltet. Im VDSL-Betriebsmodus wird die Signalüberwachungsschaltung 5 über die Steuerleitung 4 inaktiv geschaltet. Die inaktive Signalüberwachungsschaltung 5 sperrt über die Steuerleitungen 36a, 36b die komplementären Transistoren 37a, 37b. Über die Stromquellen 40a, 40b werden die Kondensatoren im deaktivierten Zustand der Signalüberwachungsschaltung 5, d.h. im VDSL-Betriebsmodus aufgeladen. Beträgt die positive Versorgungsspannung VDD beispielsweise +6 V und die negative Versorgungsspannung VSS –6 V, wird im VDSL-Betriebsmodus, d.h. bei inaktiver Signalüberwachungsschaltung 5, der Kondensator 42a durch die Stromquelle 40a auf +6V aufgeladen, und der komplementäre Kondensator 44b auf –6V. Im VDSL-Betriebsmodus erhält ferner der Operationsverstärker 14 die Versorgungsspannung über die Dioden 43a bzw. 43b. An den Versorgungsspannungsanschlüssen 15a, 15b liegt die jeweils um die Durchlassspannung der Dioden 43a, 43b verminderte Versorgungsspannung an. Beträgt die positive Versorgungsspannung beispielsweise +6 V und die negative Versorgungsspannung VSS –6V, liegt an dem positiven Versorgungsspannungsanschluss 15a des Operationsverstärkers eine Spannung von +5,4 V und an dem negativen Versorgungsspannungsanschluss 15b eine Spannung von –5,4 V an, sofern man von einer Durchlassspannung der Diode von 0,6 V ausgeht. Der maximale Signalspannungshub am Ausgang 16a, 16b des Operationsverstärkers 14 beträgt in diesem Falle 2·5,4 V, d.h. 10,8 V.

Im VDSL-Betriebsmodus wird die Signalüberwachungsschaltung 5 inaktiv geschaltet, d.h. die Spannungsversorgung zwischen den Versorgungsspannungsanschlüssen 15a, 15b des Operationsverstärkers 14 beträgt konstant eine bestimmte Spannung von beispielsweise 10,8 V. 3b zeigt das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 14 für den VDSL-Betriebsmodus. Die Signalamplitude des Ausgangssignals liegt zwischen den beiden konstanten Versorgungsspannungen. Eine Versorgungsspannungsdifferenz von 10,8 V ist im VDSL-Betrieb ausreichend, da das anliegende VDSL-Signal eine relativ geringe Signalamplitude aufweist. Im VDSL-Betriebsmodus wird ferner mittels der Schalteinrichtung 20 auf den Rückkoppelwiderstand für den VDSL-Betriebsmodus geschaltet, so dass sich eine Verstärkung G von beispielsweise 16 ergibt. Der durch die Rückkoppelwiderstände 31a, 3b festgelegte Synthesefaktor m wird vorzugsweise auf den durch den VDSL-Standard vorgegebenen maximalen Wert von 3 eingestellt. Bei einer alternativen Ausführungsform sind die Widerstandswerte der Rückkoppelwiderstände 31a, 31b ebenfalls programmierbar.

Die erfindungsgemäße xDSL-Multistandard-Treiberschaltung 1 gemäß 2 wird mittels des Betriebsmodussteuersignals (MODE) von dem VDSL-Betriebsmodus bei Bedarf in den ADSL-Betriebsmodus umgeschaltet bzw. von dem ADSL-Betriebsmodus in den VDSL-Betriebsmodus geschaltet. Hierzu weist die xDSL-Multistandard-Treiberschaltung 1 vorzugsweise eine zusätzliche Steuerschaltung auf, die aus einer Training-Signalsequenz des anliegenden xDSL-Signals den einzustellenden xDSL-Standard ermittelt und die xDSL-Multistandard-Treiberschaltung entsprechend umschaltet.

Wird die xDSL-Multistandard-Treiberschaltung 1 von dem VDSL-Betriebsmodus in den ADSL-Betriebsmodus umgeschaltet, wird über die Steuerleitung 4 die Signalüberwachungsschaltung 5aktiviert. Die Signalüberwachungsschaltung 5 erhöht die Versorgungsspannung für den Operationsverstärker 14, wenn die Signalamplitude des anliegenden xDSL-Signals einen bestimmten einstellbaren Amplitudenstellenwert SW überschreitet. Dieser Schwellenwert SW wird vorzugsweise über einen Steuereingang 12 eingestellt. Die im ADSL-Modus aktivierte Signalüberwachungsschaltung 5 schaltet bei Überschreiten des Schwellenwertes SW die komplementären Transistoren 37a, 37b über die Steuerleitungen 36a, 36b durch.

Sobald die Transistoren 37a, 37b durchgeschaltet sind, liegen die Potenzialknoten 39a, 39b auf dem positiven Versorgungsspannungspotenzial VDD bzw. auf dem negativen Versorgungsspannungspotenzial VSS. Hierdurch wird das Spannungspotenzial an den Knoten 44a, 44b um die positive Versorgungsspannung VDD bzw. negative Versorgungsspannung VSS erhöht bzw. erniedrigt. So steigt das Spannungspotenzial am Spannungsknoten 44a von 5,4 V auf 11,4 V an, wenn der Transistor 37a durch die Signalüberwachungsschaltung 5 durchgeschaltet wird. In gleicher Weise springt das Spannungspotenzial an dem Knoten 49b von –5,4 V auf –11,4 V, wenn der Transistor 37b durch die Signalüberwachungsschaltung 5 durchgeschaltet wird. Tritt somit am Signaleingang 2 der xDSL-Multistandard-Treiberschaltung 1 eine hohe Signalamplitude des anliegenden, zu verstärkenden xDSL-Signals auf, erhöht die Signalüberwachungsschaltung 5 die an den Versorgungsspannungsanschlüssen 15a, 15b anliegenden Versorgungsspannungen für den Operationsverstärker 14. Tritt ein Signalpeak bzw. eine Signalspitze in dem anliegenden ADSL-Signal auf, wird die Versorgungsspannung entsprechend nachgeführt, wie in 3a dargestellt ist. Der Operationsverstärkers 14 arbeitet in einem Class-H-Betrieb. Bei Auftreten einer Signalspitze liefern die Kondensatoren 42a, 42b den notwendigen Strom nur für eine relativ kurze Zeit, der allerdings ausreichend ist, um eine Verzerrung der Signalspitze zu verhindern. Sobald die Signalspitze vorbei ist, und dies durch die Signalüberwachungsschaltung 5 erkannt wird, werden die Transistoren 37a, 37b wieder gesperrt, und die Kondensatoren 42a, 42b laden sich erneut auf, um für die nächste Signalspitze bereit zu sein.

Im VDSL-Betriebsmodus ist die Signalüberwachungsschaltung 5 stets deaktiviert. Im VDSL-Betriebsmodus ist eine niedrige Versorgungsspannung VDD ausreichend, da weniger Leistung auf die Telefonleitung 35 abgegeben werden muss. Da in einem VDSL-Betriebsmodus das Signal mit einer größeren Signalbandbreite übertragen wird, ist es für die Performance von Vorteil, dass die Versorgungsspannung im VDSL-Betriebsmodus nicht geschaltet wird.

Die Signalverstärkung G, die durch die Widerstandswerte der VDSL-Rückkopplungswiderstände 22a bestimmt ist, wird derart dimensioniert, dass in dem VDSL-Betriebsmodus der Signalhub am Ausgang des Operationsverstärkers 14 nicht über die relativ geringe Versorgungsspannung VDD-VSS gelangt. Es ist daher im VDSL-Betriebsmodus kein Umschalten bzw. kein Nachführen der Versorgungsspannung notwendig. Der Operationsverstärker 14 arbeitet dabei vorteilhafterweise in einem hochlinearen Class-AB-Betrieb.

Bei der erfindungsgemäßen xDSL-Multistandard-Treiberschaltung 1 wird beim Umschalten zwischen verschiedenen xDSL-Standards einerseits die Versorgungsspannung des Operationsverstärkers 14 mittels der Signalüberwachungsschaltung 5 umgeschaltet und andererseits die Signalverstärkung mittels der Schalteinrichtung 20a, 20b umgeschaltet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Signalverstärkung im ADSL-Betriebsmodus etwa 16 und im VDSL-Betriebsmodus etwa 10. Der Synthese-Impedanzfaktor m ergibt sich aus dem Verhältnis der Abschlussimpedanz Zin' und dem Ausgangswiderstand 27a, 27b:

Der Synthese-Impedanzfaktor m wird vorzugsweise auf m = 3 eingestellt. Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform beträgt das Übersetzungsverhältnis Ü des Transformators 28 1,5, so dass bei einer Abschlussimpedanz von 100 &OHgr; am Ausgangsanschluss 34 eine Abschlussimpedanz Zin' von etwa 44 &OHgr; ergibt.

Mit einem Synthese-Impedanzfaktor von m = 3 wird die Ausgangsimpedanz 27a vorzugsweise mit 14 &OHgr; dimensioniert.

4 zeigt eine alternative Ausführungsform der xDSL-Multistandard-Treiberschaltung 1 gemäß der Erfindung.

Bei der in 4 dargestellten zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen xDSL-Multistandard-Treiberschaltung 1 wird die Signalüberwachungsschaltung 5 durch einen einfachen Komparator gebildet. Die Signalüberwachungsschaltung 5 bzw. der Komparator 5 wird im VDSL-Betriebsmodus deaktiviert und im ADSL-Betriebsmodus aktiviert. Im normalen Betriebsmodus bzw. im VDSL-Betriebsmodus öffnet der Komparator 5 über die Steuerleitungen 36a, 36b die Schalteinrichtungen 37a, 37b, bei denen es sich vorzugsweise wie bei der in 2 dargestellten ersten Ausführungsform um Transistoren handelt. Im VDSL-Betriebsmodus wird somit der Operationsverstärker über die Dioden 43a, 43b mit einer relativ niedrigen ersten Versorgungsspannung +VDD2, –VSS2 versorgt.

Bei der in 4 dargestellten Ausführungsform sind die Dioden 43a, 43b nicht in dem Operationsverstärker 14 integriert. Bei einer alternativen Ausführungsform sind die Dioden 43a, 43b innerhalb des Operationsverstärkers 14 integriert.

Wird mittels des Betriebsmodussteuersignals die Treiberschaltung 1 von dem VDSL-Betriebsmodus in den ADSL-Betriebsmodus umgeschaltet, wird der Komparator 5 aktiviert und überwacht die Signalamplitude des xDSL-Eingangssignals. Sobald dort eine Signalspitze auftritt, werden die Schalter 37a, 37b durchgeschaltet, so dass an den Versorgungsspannungsanschlüssen 15a, 15b des Operationsverstärkers 14 eine höhere Versorgungsspannung VDD1, VSS1 anliegt.

Bei der in 4 dargestellten Ausführungsform sind daher zwei unterschiedliche Versorgungsspannungen zur Verfügung zu stellen, nämlich die hohe Versorgungsspannung VDD1-VSS1 und die niedrige Versorgungsspannung VDD2-VSS2. Der Operationsverstärker 14 wird bei der in 4 dargestellten Ausführungsform im ADSL-Betriebsmodus in Abhängigkeit von der Signalamplitude des xDSL-Eingangssignals zwischen einer niedrigen Versorgungsspannung von beispielsweise ± 6 V und einer hohen Versorgungsspannung von beispielsweise ± 12 V umgeschaltet.

Die 5a, 5b zeigen die Signalverläufe am Ausgang des Operationsverstärkers 14 für die beiden Betriebsmodi. Im VDSL-Betriebsmodus bewegt sich die Signalamplitude zwischen den beiden konstanten Versorgungsspannungen VDD2, VSS2, sofern man die Durchgangsspannungen der Dioden 43a, 43b vernachlässigt. Im ADSL-Betriebsmodus wird, sobald der Komparator 5 eine Signalspitze erfasst, die Versorgungsspannung auf die hohe Versorgungsspannung VDD1-VSS1 umgeschaltet. Beim Umschalten von dem ADSL-Betriebsmodus in den VDSL-Betriebsmodus bzw. umgekehrt werden ferner mittels der Schalteinrichtungen 20a, 20b die Rückkoppelwiderstände 22, 23 zur Einstellung des Signalverstärkungsfaktors G umgeschaltet.

Bei der in 4 dargestellten Ausführungsform arbeitet der Operationsverstärker 14 in einem so genannten Class-G-Betrieb. Das demodulierte xDSL-Signal weist sowohl im VDSL- als auch im ADSL-Betriebsmodus von Natur aus einen sehr hohen Crest-Faktor auf, so dass hohe Signalamplituden nur relativ selten auftreten. Nur bei diesen Signalspitzen ist ein Umschalten auf die höhere Versorgungsspannung, wie in 5a dargestellt, notwendig. Im ADSL-Betriebsmodus liegt somit die hohe Versorgungsspannung VDD1, VSS1 nur relativ selten an den Versorgungsspannungsanschlüssen 15a, 15b des Operationsverstärkers 14 an. Aufgrund der normalerweise niedrigen Versorgungsspannung VDD2-VSS2 ist daher der Leistungsverbrauch des Operationsverstärkers 14 insgesamt gering. Im VDSL-Betrieb arbeitet der Operationsverstärker 14 in jedem Falle bei der niedrigen Versorgungsspannung VDD2, VSS2.

1
xDSL-Multistandard-Treiberschaltung
2
Signaleingang
3
Steuereingang
4
Steuerleitung
5
Signalüberwachungsschaltung
6
Entkopplungskondensatoren
7
Knoten
8
Leitungen
9
Eingänge
10
Eingangswiderstände
11
Knoten
12
Einstellanschluss
13
Operationsverstärkereingänge
14
Operationsverstärker
15
Operationsverstärker-Versorgungsspannungsanschlüsse
16
Operationsverstärkerausgänge
17
Leitungen
18
Knoten
19
Leitungen
20
Schalteinrichtungen
21
Steuerleitungen
22
Entkopplungswiderstände
23
Rückkopplungswiderstände
24
Leitungen
25
Knoten
26
Leitungen
27
Ausgangswiderstände
28
Transformator
29
Knoten
30
Rückkopplungsleitungen
31
Rückkopplungswiderstände
32
Kondensator
33
Leitungen
34
Ausgangsanschlüsse
35
Telefonleitung
36
Steuerleitungen
37
Schalttransistoren
38
Leitungen
39
Knoten
40
Stromquellen
41
Leitungen
42
Kondensatoren
43
Dioden
44
Knoten
45
Leitungen


Anspruch[de]
xDSL-Multistandard-Treiberschaltung (1) zum Treiben eines xDSL-Signals, mit:

(a) einer Signalüberwachungsschaltung (5) zum Vergleichen der Signalamplitude eines anliegenden xDSL-Signals mit einem Amplitudenschwellenwert (SW) zur Erzeugung eines Steuersignals;

(b) einem Operationsverstärker (14), der das an seinem Eingang (13) anliegende xDSL-Signal an seinem Ausgang (16) entsprechend einer einstellbaren Signalverstärkung (G) verstärkt abgibt,

wobei in Abhängigkeit von dem durch die Signalüberwachungsschaltung (5) erzeugten Steuersignal die Versorgungsspannung des Operationsverstärkers (14) zur Änderung eines maximalen Signalhubes des an dem Ausgang (16) des Operationsverstärkers (14) anliegenden verstärkten xDSL-Signals einstellbar ist;

(c) wobei zur Umschaltung der xDSL-Treiberschaltung (1) zwischen unterschiedlichen xDSL-Standardeinstellungen (ADSL, VDSL) mindestens zwei Rückkopplungswiderstände (22, 23) vorgesehen sind, über die der Ausgang (16) des Operationsverstärkers (14) an den Eingang des Operationsverstärkers (13) rückgekoppelt ist und die in Abhängigkeit von einem Betriebsmodussteuersignal (MODE) zur Einstellung der Signalverstärkung (G) des Operationsverstärkers (14) umschaltbar sind;

(d) und wobei die durch das Betriebsmodussteuersignal (MODE) aktivierte Signalüberwachungsschaltung (5) die Versorgungsspannung des Operationsverstärkers (14) signalabhängig entsprechend dem Signalverlauf des anliegenden xDSL-Signales nachführt, wenn die Signalamplitude des anliegenden xDSL-Signals den Amplitudenschwellenwert (SW) überschreitet.
xDSL-Multistandard-Treiberschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalüberwachungsschaltung (5) ein Komparator ist. xDSL-Multistandard-Treiberschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zu treibende xDSL-Signal an einen Signaleingang (2) der xDSL-Multistandard-Treiberschaltung (1) angelegt wird, der über mindestens einen Entkopplungskondensator (6) mit einem Eingang (9) der Signalüberwachungsschaltung (5) verbunden ist. xDSL-Multistandard-Treiberschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Amplitudenschwellenwert (SW) einstellbar ist. xDSL-Multistandard-Treiberschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kopplungskondensator (6) und dem Eingang (13) des Operationsverstärkers (14) ein erster Widerstand (10) vorgesehen ist. xDSL-Multistandard-Treiberschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang (16) des Operationsverstärkers (14) über einen Ausgangswiderstand (27) mit einer Primärspule (28a) eines Transformators (28) verbunden ist. xDSL-Multistandard-Treiberschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Transformator (28) eine Sekundärspule (28b) aufweist, die in Reihe zu einem Kondensator (32) geschaltet ist. xDSL-Multistandard-Treiberschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärspule (28b) des Transformators (28) und der dazu in Reihe geschaltete Kondensator (32) mit einem Signalausgang (34) der xDSL-Multistandard-Treiberschaltung (1) verbunden ist. xDSL-Multistandard-Treiberschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückkopplungswiderstände (22, 23) mittels einer ersten Schalteinrichtung (S1) umschaltbar sind, die durch das Betriebsmodussteuersignal (MODE) angesteuert wird. xDSL-Multistandard-Treiberschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsspannung für den Operationsverstärker (14) mittels eines Transistors (37) einstellbar ist, der durch das Steuersignal des aktivierten Komparators (5) angesteuert wird. xDSL-Multistandard-Treiberschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandswerte der Rückkopplungswiderstände (22, 23) programmierbar sind. xDSL-Multistandard-Treiberschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgangswiderstand (27) über einen weiteren Rückkopplungswiderstand (31) zur Erzeugung einer synthetisierten Ausgangsimpedanz an den Eingang (13) des Operationsverstärkers (14) rückgekoppelt ist. xDSL-Multistandard-Treiberschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Treiberschaltung (1) voll differentiell aufgebaut ist. xDSL-Multistandard-Treiberschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Betriebsmodussteuersignal (MODE) durch eine Steuerschaltung erzeugt wird, die aus einer Trainingssignalsequenz des zu verstärkenden xDSL-Signals den einzustellenden xDSL-Standard ermittelt. xDSL-Multistandard-Treiberschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Treiberschaltung (1) in Abhängigkeit von dem Betriebsmodussteuersignal (MODE) zwischen einer ADSL-Standardeinstellung und einer VDSL-Standardeinstellung umschaltbar ist. xDSL-Multistandard-Treiberschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Treiberschaltung (1) in Abhängigkeit von dem Betriebsmodussteuersignal (MODE) zwischen einer ADSL-Standardeinstellung, einer VDSL-Standardeinstellung, einer SHDSL-Standardeinstellung und einer HDSL-Standardeinstellung umschaltbar ist.






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