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
技術領域：
本發(fā)明涉及測量傳輸線路參數的領域，并特別涉及傳輸線路的特性阻抗。
背景技術：
通常將有線通信網絡拓撲分成兩種類型點到點和多點(還公知為“一點到多點”、“總線”和“共享介質”)網絡。在點到點拓撲中，網絡采用一條或多條通信線路，每個連接都基于電纜或導線作為通信介質，并精確連接兩個節(jié)點，其中，每個節(jié)點都連接到電纜的一端。在多點結構中，多個節(jié)點與相同的有線介質并行連接，沿著電纜有多個點?；谕ㄐ啪W絡的點到點的非限制性實例是局域網(LAN)、以太網IEEE802. 3 IObaseT, 100BaseTX, EIA/TIA-422(又名 RS-422)、I SDN (U 接口)、EIA/TIA-449、IEEE1284、IEEE1394 和 USB5 以及廣域網(WAN)如HDSL(高速數字用戶線)、ADSL(不對稱數字用戶線)和其它xDSL 技術(例如SHDSL、SDSL、VDSL、IDSL)。采用多點拓撲的LAN的非限制性實例是以太網 IEEE802. 310Base2、10Base5、CAN、L0N*EIA/TIA-485(XS RS-458)。其它多點家庭網絡包括在·ι homepna. org中描述的基于通信的電話線，如HomePNATM(家庭電話線網絡聯(lián)盟)， 和在www. homeplug. org中描述的基于通信的電源線，如Hom印lug 。單方向的點到點的通信線路的非限制性的實例在圖1中示出為網絡5。該網絡包括基于兩個導體Ila和lib電纜的通信線路。在點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6a和6b連接到接收器13a和終端12a。該信號通過發(fā)送器Ha接合到電纜。信號能量在電纜上傳輸且通過終端1 吸收，并且通過接收器 13a接收。在此術語“發(fā)送器”包括任一種器件，其能夠輸出能量或者驅動(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動器、調制解調器和收發(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)，并將其轉換成電形式的任一種裝置，包括線接收器、調制解調器和收發(fā)器。在此假設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A向點B傳送信號的介質。如在此所使用的術語“線”、 “傳輸線”、“電纜”、“布線”、“線對”應當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體用于承載電信號的金屬傳輸線。非限制性的實例是同軸電纜，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字數據傳輸上的效果例如在National Semiconductor Corporation Application Note 806(1992 4 ), ^ ^ ^J :"DataTrasmission Lines and their Characteristics" IM M ^t National Semiconductor Corporation Application Note 808 (1992 年 3 月)、名禾爾為“Long Transmission Lines and Data Signal Quality”的文章中進行了描述。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的波的瞬時電壓和電流。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。不適當的終端如阻抗失配將導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。適當的線路終端隨著設計在相對較長長度或傳輸介質上向著較高數據信號傳輸速度轉移而逐漸變得重要。例如，這可應用到兩個導體如雙紐電纜上方的不同數據傳輸。總之，當傳輸信號，如電纜中的電信號，的分量波長比傳輸線中的實際長度短時，將傳輸線如電纜視為傳輸線。例如在 National Semiconductor Corporation Application Notel08 (1986 年 7 月)、名稱為 "Transmission Line Characteristics”中討論了適當線路終端的阻抗的重要性。適當線路終端通常能通過使用較簡單的裝置可靠地恢復傳輸信號、以及提高噪聲敏感度的較佳能力。^t National Semiconductor Corporation Application 807(1992 3 M ) ^ 稱為‘‘Reflections Computations and Waveforms” 一文中可以找到對反射的分析，并且
National Semiconductor Corporation Application Note 903 (1993 ip 8 ) "AComparison of Differential Termination ^Techniques，，中描述了反射在數據傳輸系統(tǒng)上產生影響的方式。總之，為了避免反射，終端阻抗應當與所討論信號中頻帶中傳輸線的特性阻抗相匹配。如果電纜參數是公知的，且尤其器特性阻抗(一般指定為Z0)，良好實踐是組裝相同值(ZO)的終端(又叫做端接器)1加。很多情況下，電纜參數不是已知的。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公差來制造，從而導致從一批到一批的特性阻抗變化。相似的，由于如溫度、濕度還有超時的環(huán)境條件，特性阻抗可變化。在其中電纜參數不是已知的任何情況下，為了建立電纜的特性阻抗需要進行測量，且因此終端該線路。這種測量需要專門技術，勞動規(guī)模大且浪費時間。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，例如可根據計算適當的傳輸線路終端。這種系統(tǒng)一般可用于傳輸線路、和尤其是有線網絡，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Ia中將多點基網絡(又叫做總線或多點網絡)示出為網絡10。兩個導體Ila 和lib用作通信介質，其中多節(jié)點與其相連接，每個節(jié)點沿著該線連接在不同的點處。示出該網絡處于其中在各自連接點18a和18b處連接到該線的兩個導體Ila和lib的節(jié)點1 是發(fā)送器、且其他節(jié)點用作接收器的狀態(tài)。節(jié)點13a、i;3b和13c用作接收器且分別連接到各自點(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1 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中示出的網絡20的傳輸線端點(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、同質且連續(xù)的布線，傳輸線有時可涉及抽頭(又叫做短線，橋和橋抽頭)或任何其他的不連續(xù)分布。這種介質在圖 2中示出為網絡20。除兩個導體Ila和lib之外，該網絡采用另外的布線部分(抽頭)，該部分包括兩個導體21a和21b，分別在連接點2 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2 和24b連接的電阻器23c。相似地，有線網絡可采用多個這種抽頭。由此對于具有任意拓撲如“星”、“樹”或其任意組合的線，該抽頭可以沒有任意節(jié)點連接(如網絡20中示出的)，或者可具有與其連接的節(jié)點。此外，節(jié)點可與終端并聯(lián)地連接到一個或多個線端部。在多點環(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處不要引入終端同樣是重要的。所連接的任意阻抗都將導致失配，且所傳輸的信號將在該點處引起反射。同樣，節(jié)點13a、i;3b和13c在連接點處對傳輸線顯示出高阻抗。很多種情況下，節(jié)點(尤其是接收器)包括內置終端/電阻器。如果節(jié)點在一個線端部中被連接，則終端應與節(jié)點并聯(lián)連接。然而，在其中節(jié)點不位于線端部的配置中，終端應斷開連接或無效，以避免產生反射。在連接位置之間的這種區(qū)別使網絡安裝復雜。而且，在一些情況下，不容易得知布線拓撲，如在內壁存在布線的情況下。鑒定該拓撲以在線端部和其他點之間進行區(qū)分是復雜的，勞動密集的且是昂貴的。Rail等人名為“數據通信系統(tǒng)”的U. S.專利5，734，658描述了一種數據通信系統(tǒng)，特別是一種汽車，其中導向個別中斷的傳輸線在無源網絡中采用星型配置相互連接，并且將頻率依賴衰減裝置，優(yōu)選地為鐵氧體磁環(huán)，用于抑制高頻分配信號。Ral 1等人沒有描述任何用于測量傳輸線的裝置和網絡拓撲是一致的并且通過數據通信系統(tǒng)進行支配從而降低反射。Bottman的名為“脈沖基阻抗測量工具”的EP專利0768537描述了一種阻抗測量工具，運用脈沖來測量復合的阻抗。Bottman進一步描述了黨將這種工具連接到單一傳輸線的一個末端時，它可以被用于探測沿著這種傳輸線的缺陷或者中斷。此外，Bottman沒有教導任何用于估計連接到單一點的導線對數目的方法。Mockl in的名為“具有感應探針電路的便攜式無線電通信測試工具，，描述了一個手持、電池充電的無線電通信測試裝置，結合音頻發(fā)生器和感應輸入探針的功能，以及具有諸如電阻測量和連續(xù)性/中斷的功能。由此廣泛認識到需要一種用于允許簡單和容易一般傳輸線終端，特別是有線網絡終端的方法和系統(tǒng)，特定用在具有多重連接點的金屬傳輸線，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。有線本地網絡大部分現有辦公室和一些新建建筑基于專用布線來促進數據網絡結構。然而，在現有建筑中實施這種網絡通常需要安裝新的布線結構。這種新布線的安裝可能不切實際、 昂貴且存在問題。結果，很多技術(稱作“不需重新布線”技術)已經提出，以促進建筑中的LAN，不需增加新的布線。一些這種技術使用了最初為其他目的安裝的現有有效布線，如電話、電力、有線電視(CATV)等。這種方法具有這樣的優(yōu)點，即能夠安裝這種系統(tǒng)和網絡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布線的成本。允許布線以承載服務(如電話、電和CATV)以及數據通信數據的技術方面一般包括使用FDM技術(頻分多路復用)，在這種結構中，服務信號和數據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)別的頻譜帶。FDM的概念在現有技術中公知，并且提供了分離通過介質如布線承載的帶寬的裝置。在電話布線承載電話和數據通信信號的情況下，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據通信或其他信號的高頻
市ο基于使用電源線基本地網絡的室內網絡在現有技術中也是公知的。用于網絡的介質是室內電源線，其用于承載總功率和數據通信信號。PLC(電源線載波)調制解調器將數據通信信號(如以太網IEEE802. 3)轉換成能夠被承載在電源線上方的信號，而不影響這些導線上方的功率信號或被其所影響。名為HomePlug Powerline Alliance, Inc. of San Ramon、CA USA的協(xié)會在標準化電源線技術方面活躍。電源線通信系統(tǒng)在Bullock 等人的U. S.專利6，M3，571中描述了，其還提供了現有技術涉及到電源線技術和應用的現有技術公開的綜合目錄。作為搭鎖模塊被容納的這種PLC調制解調器的一個實例是 HomePlugl. 0，基于自美國加利福尼亞來自D- Link System，Inc.以太網-至-電源線橋模塊DHP-100，Lie.of Irvine。具有內建PLC調制解調器的出口，使用電源線與組合數據和功率一起使用，在khaeffer等人的名稱為“Powerline bridge apparatus”的美國專利申請2003/006^90中進行了描述。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。電話的定義和背景在此，術語“電話”表示一般任何類型的電話服務，包括模擬和數字服務，如集成服務數字網絡(ISDN)。模擬電話、非常公知的“普通老式電話服務”(“P0TS”)已經存在超過100年了，而且被很好地設計并很好地操縱，用于傳輸和轉換在音譜的300-3400HZ部分的聲音信號(或 “音頻”或“電話頻帶”)。熟悉的POTS網絡支持實時、低時延、高可靠性、中等保真度的語音電話，且能夠在兩個端點之間建立通話，每個斷電均使用模擬電話機。在此術語“電話”、“電話機”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絡(“PSTN”)，包括用于模擬和數字電話的裝置，其非限制性實例是模擬電話、數字電話、傳真(“fax”)機、自動電話答復機、聲音(也叫作撥號)調制解調器和數據調制解調器。術語“數據單元”、“計算機”和“個人電腦”(“PC”)在此可互換使用，以包括工作站、個人數字助理(PDA)和具有用于連接到本地區(qū)網絡的接口的其他數據終端設備(DTE)， 以及用作數據源或數據匯集點(或兩者)的數據站的任何其他功能單元。室內電話服務一般采用兩個或四個導線，經由電話出口將電話機連接至這些導線。室內布線中存在的本地網絡。與上述的電源線和CATV相似，經常希望使用現有電話布線同時用于電話和數據網絡。以這種方式，在室內或其他建筑中建立新的本地網絡被簡化，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技術在有源室內電話布線上承載視頻。用計數法在室內電話布線上承載數據的現有產品與通過使用FDM的有源電話服務同時共同地使用公知為HomePNA的技術(家用電話線聯(lián)網聯(lián)盟)，其電話線接口已經標準化為ITU-T(國際電聯(lián)電信標準化部門)推薦的G. 989. 1。HomePNA技術在R)lev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和其他文獻中進行了描述。布線上可獲得的帶寬被分成能承載模擬電話信號(P0TQ的低頻帶，對高頻帶進行分配，用于承載數據通信信號。在這種FDM基結構中，電話不受影響，同時提供超出現在室內電話布線的數據通信能力。出口在此的術語“出口”表示電機械裝置，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準連接器。一般將出口機械連接到，或固定入墻或相似的表面。普通出口的非限制性實例包括電話出口，用于連接電話和相關的裝置；CATV出口，用于連接電視機、VCR等；用作LAN布線(也叫做結構布線)的一部分的出口，和用于將功率連接至電器用品的電出口。在此術語“墻”指的是建筑的任何內部或外部表面，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“網絡”有源出口的現有服務出口。一般的出口(包括LAN結構布線、電源出口、電話出口和有線電視出口)逐漸成為無源裝置，其是布線系統(tǒng)外殼基礎結構的一部分，并單獨用于提供至內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/辦公室網絡的一部分，并通常用以提供標準數據通信接口。在大多數情況下，增加的電路是為了將增加數據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。出口支持電話和數據接口，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”的美國專利6，M9, 616中對其進行了描述。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。另一個電話出口在 Dichter 的名稱為 “Automatically configurable computer network"的美國專利6，216，160中進行了描述。使用出口的在CATV共軸電纜上的室內網絡的實例在Cohen等人于2002年8月22日公開的名稱為“Cbleran Nerworking over Coaxial Cables" WO 02/0652 中進行描述。這種出口作為自 Jerusalem，Isael 的 TMT Ltd.的HomeRAN 系統(tǒng)的一部分獲得。與布線承載技術、數據和娛樂信號結合使用的出口在 Alcock 的名禾爾為"Local area and multimedia network using radio frequency and coaxial cable”的美國專利申請US 2003/00992 中公開。使用電源線與組合的數據和功率一起使用的出口在khaeffer等人的名稱為“Powerline bridge apparatus”的美國專利申請US 2003/006四90中進行了描述。這種功率出口作為San Carlos,CA USA的Asoka USA Corporation 的 PlugLAN 的一部分獲得。雖然已經關于在用于基本服務(如電話、CATV和功率)的布線上形成的網絡描述了有源出口，但是將理解，本發(fā)明同樣能用于使用專用布線的網絡中的出口。這種情況下， 出口電路用于提供另外的接口至出口，超出了單獨數據連通接口的基本服務。例如，其可以用于提供其中布線支持單個這種數據連接的多個數據接口。這種出口的一個實例是由美國加利福尼亞的Santa-Clara的3Com 制造的Natwork Jack 產品系列。此外，這種出口在 Thompson 的名禾爾為"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 中進行了描述。雖然已經基于導電介質如導線和電纜關于出口和網絡描述了有源出口，但是將理解，這種出口同樣可用于其中網絡介質是非導電的、如光纖電纜的情況。支持數據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” 的美國專利申請 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中進行了描述。這樣，如在本申請以及附屬的權利要求中所使用的術語“布線”應解釋為包括基于非導電介質如光纖電纜的網絡。雖然上述的出口使用有源電路，用于分離數據和服務信號，但是也可用無源來實 II。禾中[JB 口白勺歹 1! Binder 白勺$禾爾力 “Telephone communication system and method over local area network wiring" ^ WO 02/25920 中&Jf 了。 g禾中出自 TXUSA 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。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有出口并安裝具有改進特征的新出口。這種行為麻煩、昂貴且總是需要專業(yè)技術。而且，由于當處理危險電壓(如在電源線中或電話線中)時包括安全方面因素，局部調節(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，隨著技術和環(huán)境隨時改變，需要升級、修改或變化出口功能，特征和特征可上升。例如，數據接口需要升級，以與新標準互相連通。在另一實例中，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質量(QoS)功能，在再一實例中，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有出口的一種方法是通過使用插入模塊。這種插入模塊在Smart 入的名禾爾力 “High data-rate power line network system and method” 的_|5 禾 lJ 串請 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khaeffer、JR等人的名稱為“Powerline bridge apparatus”的美國專利申請US 2003/0062990中進行了描述。使用HomePlug 技術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PlugLink 產品獲得。HomePlug 是美國加利福尼亞的 San Ramon 的 HomePlug Powerline Alliance. Inc.的商標。各種類型搭鎖裝置也在WO 04/001034中進行了描述
發(fā)明內容
根據本發(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有技術中公知的任一種其他集總的或分散的阻抗/電阻測量技術可同樣使用。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據通信通話一部分的通話，測量特性阻抗是初始周期性的。為了進行合適的測量，不存在其他信號(如反射或數據通信信號)，并且沒有其他信號影響測量。根據本發(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測量的傳輸線端部之前執(zhí)行。由于實際上傳輸線不是同質的且不具有無窮長度，因此發(fā)生自抽頭、非同質點或非終端遠程端部的反射，且該反射達到所測量的端部。由此，應當執(zhí)行測量并且在施加測量信號后不久、在反射達到該線端部之前完成。為了進行所測量值任何隨后的使用，應存儲所計算特性阻抗(或者其任意函數如所測量的電壓/電流)。根據本發(fā)明，傳輸線用作數據傳輸的介質，在這種結構中，調制解調器(為發(fā)送器、接收器、傳輸接收器等)沿著傳輸線被連接到點以及連接到與阻抗測量相關的傳輸線端部點。特性阻抗測量可用于確定在具體連接點處是否需要終端。根據本發(fā)明的一個方面，終端值根據所測量的特性阻抗確定。例如，終端值能被設置為等于所測量的集總阻抗， 以最小化端部點中的反射。在其中數據通信被包括在相同傳輸線上方的情況下，時域復用技術用于使得兩種調制解調器和測量共享傳輸線，其中調制解調器操作在阻抗測量期間暫停，以不干擾測量且能進行適當和精確的測量。根據本發(fā)明的一個方面，這通過在測量相期間將調制解調器(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現。這樣，系統(tǒng)排他地處于測量狀態(tài)或處于數據通信狀態(tài)。根據本發(fā)明的一個方面，采用頻分多路復用(FDM)方法以同時進行施加信號(如數據通信信號)和在傳輸線上的相關信號的阻抗測量。在這種設置中，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推技術來近似。根據本發(fā)明的一個方面，所測量/所計算的傳輸線特性阻抗用于估計連接到單個連接點的線對的計數，用于與具有相似的標稱特性阻抗ZO并全部連接到單個連接點的一個或多個相似的線對一起使用。通過瞬時測量連接點集總阻抗Z，所連接的線對計數被估計為Ζ0/Ζ。所估計的對計數作為計數測試裝置的一部分表示給用戶。根據本發(fā)明的一個方面，對計數用于確定未知布線結構的端部點。在其中Z = ZO 的情況下，單個布線對連接點被檢測，由此需要終端被連接到該點以最小化自該導線對端部點的反射。根據本發(fā)明的一個方面，測量內壁隱藏導線對。這種導線對包括電話、AC電源或 CATV布線基礎結構，以及任何其他布線。導線對可承載服務信號(如電話、AC電源、或CATV 信號)，并且經由出口(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，阻抗測量或終端設置或者兩個電路可集成到(部分或全部)出口中。根據本發(fā)明的一個方面，用于與承載信號并具有標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，適當的終端值(具有與標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、作為調制解調器一部分來容納/集成、或者以集成形式作為服務出口一部分或者作為搭鎖模塊來容納。相似地，終端設置系統(tǒng)(總體或部分)可以是孤立的，或者作為調制解調器的一部分來容納/集成或者以集成形式作為服務出口的一部分或者作為搭鎖模塊來容納。上述發(fā)明內容不是本發(fā)明所有方面的詳盡列表。事實上，發(fā)明人預期本發(fā)明包括能夠根據上面總結的各個方面、以及以下的詳細描述中公開的和在本申請?zhí)岢龅臋嗬笾芯唧w指出的那些的所有適當組合實施的所有系統(tǒng)和方法。這種組合具有在上述發(fā)明內容中沒有具體列出的特定優(yōu)點。應理解，根據以下的詳細描述，本發(fā)明的其他實施例對于本領域技術人員是容易明白的，以下的詳細描述中借助于說明僅示出并描述了本發(fā)明的實施例。如將意識到的，本發(fā)明能包括其他且不同的實施例，且其幾點細節(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，如通過權利要求所限定的。因此，認為附圖和詳細描述實際上是示意性的而不是限制性的。


在此僅借助于非限制性實例描述本發(fā)明，參考附圖，附圖中相似的標記表示相似的元件。圖1示意性示出了點到點網絡。圖Ia示意性示出了多點網絡。圖2示意性示出了具有抽頭的多點網絡。
圖3示意性示出了根據本發(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示意性示出了根據本發(fā)明示范性對計數系統(tǒng)的一般功能方框圖。 圖10示意性示出了根據本發(fā)明的頻帶分配圖。圖11示意性示出了根據本發(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電話布線基礎結構。圖14示意性示出了室內的AC電源布線基礎結構。圖15示意性示出了根據本發(fā)明示范性的終端測試裝置。
圖16示意性示出了根據本發(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構。圖18示意性示出了根據本發(fā)明示范性終端系統(tǒng)的一般功能方框圖。
具體實施例方式參考附圖和附隨的說明，可以理解根據本發(fā)明網絡的原則和操作，其中由相同的參考數字來指示不同附圖中出現的相似的部件。附圖和說明僅為概念性的。在實際實踐中， 單一部件可以實現一個或多個功能；可選擇地，每個功能可以由多個部件和電路來實現。在附圖和說明中，同一參考數目代表那些在不同實施方式或配置中相同的部件。在圖3中示出根據本發(fā)明一種實施方式的一部分，作為特性阻抗測試儀 30 (Characteristic Impedance Meter, CIM)。通過將信號應用到線路、并且依靠隨后的分壓直接測量傳輸線內的輸入阻抗的方式，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39連接，并具有未知的特性阻抗 Z0。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信號提供給脈沖產生器32，該產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在時間TO處開始，長為τ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。如果產生具有所需頻譜的信號，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(假設為純的電阻特性阻抗)。這樣，在端口 39處的分壓Vd是Vd = V，*Z0/ (Rs+ZO)，假設通過濾波器34不產生衰減。在濾波器34 幅度衰減的情況下，電壓N，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。為了進行精確測量，電阻器Rs的值與所測量的阻抗ZO應當盡可能接近，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。例如，處理單元37可提供與上述的Vd成比例的電壓。在另一實例中，處理單元37通過等式ZO = Rs*Vd(V’ -Vd)來計算Z0，并且提供了與所計算的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。假設實際及最終長度為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處將出現反射信號， 導致所計算的Vd不準確且不反映所討論的實際分壓。這樣，在脈沖信號開始(TO)之后Vd 的精確值僅存在于端口 39處達短周期。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。延遲值不應過短，以允許精確并完整的穩(wěn)定值。另一方面，延遲值不應過長，以避免反射作用。值τ應當足夠小，從而不會長時間占用傳輸線并且使測量所需的周期最小化。 相似地，值τ應當足夠長以允許精確并穩(wěn)定的測量。在已經建立并測試的系統(tǒng)中，τ = 15納秒的脈沖能進行比70厘米長雙紐對電纜的精確無反射測量。由此，公知當在端口 31中感測MEASURE信號之后時，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CIM 30對測量TUT 42的特性阻抗是有效的。在進行這種測量之后，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置。圖中示出的TUT 42經由開關44連接，具有兩個不同狀態(tài)，表示為M(測量)和S (設置)，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信號應用到CIM 30的端口 31上， CIM 30就將實施測試功能，導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信號驅動終端設置(T S)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44的線SELECT控制49切換到S (設置)模式。TUT 42由此與CIM 30斷開，并經由線45連接到TS，導致TUT 42端部處正確的終端值，從而TUT對于被用作由單元43終止的通信介質是有效的。如上所述，特性阻抗使用集總阻抗測量技術來測量，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，測量單獨基于通過測量裝置傳輸到傳輸線上的能量，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，假設用于測量的端部處傳輸線的至少短長度是同質的(例如沒有抽頭或阻抗變化)，由此導致沒有反射。將時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，假設最近的干擾點(例如線端部點或抽頭)是自測量端部具有距離X的點，并假設傳輸線上信號傳輸速度是V (通常接近光速)，該點將產生反射信號(作為傳輸測量信號的結果)，該反射信號將在2*Χ/ν的時間延遲之后到達傳輸線端部。在該時間期間，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。任何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。一個實例在CIM 30中示出，其中將電壓激勵施加到TUT，且通過在分壓電阻器網絡上產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使用。這種實例是于圖5中示出的CIM 50。 CIM 50基于CIM 30結構，但是特性阻抗集總測量是基于直接測量通過安培計(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測量橫跨TUT的電壓V。處理單元 37通過使用歐姆定律R = V/I來計算特性阻抗。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)明已經用幾個歐姆定律的阻抗/電阻測量實例演示出，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之外的任何傳輸線物理參數來測量。在根據本發(fā)明的一個實施例中，終端設置(TS)43是基于壓控電阻(VCR)。實施這種VCR在本領域中是公知的，并且一個非限制性實例是基于Xicor X9015單一數控電位器 (XDCP )，可自美國加利福尼亞的 htersil Corporation of Milpitas 獲得。上述的終端設置(化)具有用于終端值的連續(xù)設置范圍。相似地，TS對于從預定值的固定組中進行選擇是有效的。這種終端設置(化)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與預定值比較。在其中Vm在設定閾值值上的情況下， 將一個信號發(fā)送到開關驅動器52，該驅動器依次經由控制線55操作開關54，該開關經由端口 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M保持打開狀態(tài)，導致到線45非連接的終端，有效地無窮大電阻值。相似地，多個非無窮大值可以作為Vm輸入值的函數被接入。開關M可通過繼電器觸點來執(zhí)行，如本領域中公知的，其中線55是線圈操作信號或者可使用固態(tài)電路來執(zhí)行?？墒褂肨S 60以決定是否要將終端插入。在布線具有多個連接點和未知拓撲的情況下，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(稱作非端部連接點)，并必須使其打開。實例是系統(tǒng)20的布線11，具有端部點15、16和24，以及非端部連接點17、18、19和9(假設終端23a、23b和23c不連接)。在端部點處施加CIM 30 (如 15、16和24)將導致表示布線11特性阻抗值的Vm值。相似地，將CIM 30施加到非端部連接點，將導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 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。由于僅有端部點裝配有終端，因此可使用例如具有閾值等于標稱特征值0. 75的比較器51的TS 60?？蓪⒍瞬奎c識別為如上閾值電平，并由此將導致特性阻抗電阻器Rts 53的連接，同時非端部點連接將自動打開。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中從調制解調器斷開連接，且在操作73中連接到CIM。CIM短時間內將能量傳輸到TUT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)(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的實例中，借助于TS 43和開關44，能夠實現操作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，但是在一些實施例中，該工藝可重復多于一次。例如，該處理可在每次系統(tǒng)被充電時或者周期性地重復。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)的測量結果來使用終端。這樣，必須計算表示特征終端(或者其任意函數)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。這種存儲可使用機械存儲(如多狀態(tài)機械開關)、模擬值存儲(如抽樣和保持電路)或數字存儲器。反射計算。涉及傳輸線邊界條件的電壓和電流的計算在本領域中是公知的，如日期為1992 年 3 月的National Semiconductor Application Note 807 (AN-807)中示例并詳細說明的。 計算將基于以下假設來介紹，假設兩個導體傳輸線由導體Ila和lib構成，具有R0，純電阻特性阻抗并在一個端部(點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。根據定義，運用等式Vx = R0*lx，且所傳輸的能量等于1 = Ix^Vx = Vx~2/R0，且為了簡化的目的，假設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，導致Vl的電壓電平和Il的電流，涉及到Vl = I1*R1。在匹配終端(R1 = R0)的情況下，所有的傳輸能量都被終端電阻器23d吸收，且不產生反射。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傳輸(從“右”向“左”)，其中運用Vr = Ir*R0。將基爾霍夫定律用于端部點(81a、81b)，電流等式是Il = Ix-Ir且電壓等式是Vl =Vx+Vr。相似地，采用能量守恒的原理，Px = Pl+Pr。處理上述等式導致Pl = 4*Rl*Vx"2/[(Ro+Rl)"2]0該函數示范性地示出為圖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Pl 作為參數Rl的函數。而且計算示出了該Pl函數在Rl = RO處具有單獨最大值，示出為圖 120中的線124，其中傳輸線完全匹配，且整個能量在終端(PI = Px)處被吸收，并且不產生反射(Pr = 0)。上述計算建議調整終端值Rl以獲得在該終端電阻器上的最大能量耗散，有效地導致非常匹配的終端。一個選擇是用手調整終端電阻值(雖然能量被承載在傳輸線中)，同時測量于其中吸收的能量，并固定穩(wěn)定狀態(tài)值以導致最大能量的值?？商娲兀ㄟ^將在終端中的能量吸收最大化來自動調整終端值以匹配特性阻抗。這種系統(tǒng)80b于圖8b中示出?？烧{整的終端83，如VCR(電壓控制電阻器)被連接到線(IlaUlb)的端部點81a，81b，由驅動器14a充電。流過終端83的電流由電流計(安培計)82來測量，同時橫跨終端83端子的電壓由電壓計(伏特表)85來測量。計量的電流和電壓值在乘法器86中相乘，導致表示在終端83 (P = I*R)中耗散的功率的信號。相似地，僅電流可被測量，且通過P = I~2*R計算的功率，或替代地僅電壓被測量，使用等式P = V"2/ R以獲得功率。在另一實施例中，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，假設功率被轉換成熱，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經由線88供給到控制單元87，其經由線89依次控制終端83的電阻值?？刂茊卧?7是可操作的，以實現閉合回路來設置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)點是不需要專用功率信號被傳輸到傳輸線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的適當操作需要終端83中最小的接收能量。在一個實施例中，比較器84感測電壓電平(作為所接收功率電平的指示)，并且僅在感測到預定電平以上的信號電平時，允許連接控制單元87的操作，確保適當的循環(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，根據人工干預或作為任意通電過程的一部分)。目前已經關于將適當終端值與傳輸線端部點相匹配，描述了系統(tǒng)80b。在其中系統(tǒng)與非端部點，諸如圖2中系統(tǒng)20中連接點9、17和18，部分“命中”能量繼續(xù)沿著傳輸線傳輸。采用與上述相似的計算導致所吸收能量中的這種情況，Pl = 2. 25*Rl*Vx"2[(Ro+Rl/2)"2]0另一個計算示出了該Pl函數在Rl = 2*R0處具有單獨最大值。相似地，N連接線在Rl =N*R0時將產生最大的吸收能量。由此，這種裝置可用于對計數或用作以下說明的端部點檢測器。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，因此表示抽頭而不是端部點的任何測量值(當Rl多于1. 5*R0時實現的最大值)將導致用于測量目的終端的斷開連接。對計數特性阻抗測量可用作用于識別隱藏布線拓撲的指示器。這種應用在圖9中示出為系統(tǒng)90。布線系統(tǒng)92包括未知的計數N的區(qū)別對，表示為91a、91b直到91c，假設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93。CIM 30被連接到連接點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)，可推斷出對計數。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撲情況下的端部點，這是由于這種點反映出所有特征值Rt。頻分多路復用(FDM)。上述的系統(tǒng)40是基于將信號傳輸到用于通信操作相同頻譜上的傳輸線中。這樣， 需要進行測量以避免與通信信號的沖突。這種測量復雜且還限制了操作測量系統(tǒng)或傳輸線上通信網絡的有效性。在一個或多個實施例中，采用頻分/域復用(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。頻譜分配100的實例于圖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)基于調制解調器113 經由帶通濾波器(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還經由BPF 112連接到傳輸線42。自動終端系統(tǒng)基于CIM 30，經由帶通濾波器(BPF) 111連接到傳輸線42，僅通過與終端系統(tǒng)相關的信號，這些信號存在于頻帶102中 (頻率f2之上)。在圖10中示出的頻率分配100中，BPF 111可實施為高通濾波器(HPF) 和BPFl 12可實施為低通濾波器(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CIM 30和TS 43)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，需要調整所測量值以由測量帶改為通信帶。這種調整可使用公知的公式，預先確定的縮放比例或任何其他配合、外推或近似機理。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Π上通過的信號)實施，并且BPF 111可以用頻率Π之下的LPF來實現通過信號。
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進行(例如通過兩個獨立的CIM)，或者使用單個CIM 30和兩個不同的濾波器來進行，這兩個濾波器是在不同時間操作。終端值的計算可使用兩種測量(低和高頻帶)，諸如基于兩個讀數的插值法(例如，平均)。研究隱藏布線。本發(fā)明的一個應用包括研究未知的且不容易達到的布線結構。建筑中現有的電話布線是一個實例。這種現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撲。這種現有電話布線結構的實例在圖13中示出為系統(tǒng)130，涉及在建筑132墻壁中的電話布線結構。室內電話布線經由一個或多個電話導線對連接到PSTN(公共交換電話網絡)131，一般稱為“本地回路”或“用戶回路”。在室內經由電話出口 134aU34bU34c和 134d可達到電話布線。每個這種出口 134都連接到內壁布線，并允許經由前連接器135與其連接(在北美通常為RJ-Il插座)，適合于通過合適的插頭(在北美中的RJ-Il插頭)連接電話機。如示出的系統(tǒng)130，RJ-Il插座13^1、135b、135c和135d分別是出口 134aU34b, 13 和134d的一部分。在大多數情況下，電話插座是面板的一部分，該面板經由螺絲136aa 和136ab固定到內壁結構上，相應的螺絲在圖中未示出，可用于所有其他出口。電話布線段 133a連接外部本地回路(通常經由外部連接盒)至出口 13如。電話布線13 連接出口 13 和134b，且這樣，RJ-Il插座實際上是用于布線段133a和13 的連接點。相似地，布線段133c連接出口 134b和i;34c，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。很多情況下，研究室內布線拓撲是有益的。例如，在其中電話布線用于數據通信 (如上述的HomePNA)的情況下，知道布局能安裝合適的終端到導線，由此減少反射并改善通信特征。但是，由于電話導線在房間墻壁中隱藏，因此沒有簡單且直接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、浪費時間、昂貴且很可能需要專業(yè)人員(例如電工、電話技術員)。通過使用上述的對計數方法，使用CIM提供了研究布局的簡單且快速的方式。例如，假設電話導線對特性阻抗(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-Il插座135a)將導致120/2 = 60歐姆的測量阻抗，這是由于兩個布線段133a和13 連接到出口 13 上。相似地，連接到出口 134b的插座13 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13 將產生120歐姆，這是由于單個段連接到出口(120/1 = 120歐姆)。由此， CIM能提供關于連接到指定出口的布線段數目的數據。在上述實例中，在所有房間出口中的一組測試將清楚地表示僅出口 134d和13 連接到單個布線段，且因而僅為需要終端的那些。除了拓撲尋找之外，CIM還用于測量任何隱藏布線段的真實特性阻抗，如內壁電話布線結構130。通過例如連接至出口 13 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，由此允許適應于合適的終端值。雖然已經關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，用于分散在房間內的AC電源(例如北美是115VAC 60Hz且歐洲是 220VAC/50Hz)。這種現有電話布線結構的實例在圖14中示出為系統(tǒng)140，包括在建筑132 墻壁中的AC電源布線結構。房間內AC電源布線經由連接至連接盒147a的單個(或多個)AC電源導線對(典型地，第三導體接地或地電勢)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”。AC電源布線在房間內經由AC電源出口 lMa、144b、 IMc和144d達到。每個這種出口 144都連接到內壁布線，并允許經由前面連接器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由各自的管腳連接附屬設備和適合的AC電源插頭。如對于系統(tǒng)140所示，AC電源插口 14^1、145b、145c和145d分別是出口 lMa、144b、lMc和144d的一部分。在很多情況下，AC電源插座是面板的一部分，該面板經由螺絲146aa和146ab固定到內壁結構上，圖中未示出相應的螺絲也可適用于所有其他出口。與上面示出為系統(tǒng)130的電話布線結構不同的是，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 144a0 AC電源布線143b連接出口 IMa和連接盒147b。相似地，布線段143c和14 分別連接出口 IMc和144d至連接盒147b，并且布線段143d連接出口 144d到連接盒147a。由此，出口 14 用作兩個段143a和14 的連接點。以與上述電話布線上的數據通信相同的方式，這種AC布線可用于與AC電源分配函數同步的數據通信(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AC連接器145)來確定哪一個AC 電源出口位于導線如出口 144b、IMc和144d的端部(并由此應很好地終端)，和哪一個出口(如出口 144a)不應當被終端，這是由于它不是一個通信端部點。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候安裝適當的終端。雖然已經關于電話和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和貫穿房間的數據信號，并且其基于共軸電纜介質和具有RF連接器如BNC和F型的 CATV出口。相似地，本發(fā)明將發(fā)現布線部分地隱藏和/或對該布線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撲。由此，用在本發(fā)明說明書中和附屬權利要求中時術語“內壁”也包括這種應用。在用于服務布線的上述內壁布線應用中，包括CATV、AC電源或電話布線，該方法 70步驟72包括連接內壁布線，典型地經由電話布線應用中的電話出口 134的電話連接器 135，或者經由AC電源應用中AC電源出口 144中的AC電源連接器145，或者經由是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的終端設置裝置的上述CIM 30可以被容納和/或集成到封裝(部分或全部)中，如該申請所擔保的。在一些實施例中，CIM將單獨容納，分離地封裝且是孤立器件。用于測試連接布線段數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-Il插頭151連接到電話出口 IiMRJ-Il插座連接器135，且緊接著操作示出了在數字顯示器153中單位為歐姆的測試特性阻抗。相似地，對計數在每個上述方法中被測量，且對的技術通過適當視覺顯示器(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對計數。在其他實施例中，CIM30(具有或不具有終端設置如系統(tǒng)40)和系統(tǒng)80b是不分離的，而是將它們與調制解調器或與用于在布線或傳輸線上進行數據通信的接收器相集成。在這種情況下，包括調制解調器的外殼也將被用于容納CIM及其所涉及和所相關的部件。與上述關于調制解調器的外殼在有源服務布線上實現承載數據的討論相似(包括電話，AC電源和CATV)，CIM相關的電路可被嵌于(全部或部分)一個出口中(該出口具有或不具有各自的調制解調器)或可與服務出口(包括電話，AC電源和CATV出口)機械和電學連接/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例在圖16中示出為模塊160。模塊160通過兩個功率管腳161a和161b機械連接和電連接到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以包括電源線調制解調器(如HomePlug基調制解調器)，允許數據單元經由 IEEE802. 3 10/100BaseT RJ-45插座162連接，以在AC電源介質上通信。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時模式。連續(xù)模式在這種實施例中，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，計算延遲，從而根據檢測操作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據通信的情況下， 應當注意為特性阻抗測量傳輸的脈沖不干擾數據通信系統(tǒng)的操作。如果系統(tǒng)單獨用于測量 (如作為測試裝置)如用于對計數，則不需要這種預防。應當注意，測量/設置終端值系統(tǒng) 80b也能連續(xù)(或者周期性)工作，而不影響數據通信操作。在操作的連續(xù)模式中，終端值的設定也可是連續(xù)的，其中設置值追蹤連續(xù)或周期測量的特性阻抗，或者可替代地，可以根據測量高于閾值的變化或根據外部控制指令來設置終端值。一次操作模式在這種實施例中，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可自動操作或根據外部控制(CIM單元外部)的需求來操作。在一個實施例中，測量的初始化由對該單元充電來啟動。在另一實施例中，可在每次通信會話初始化處由調制解調器來啟動測量(和啟動終端值設置)，在再一實施例中，系統(tǒng)將根據用戶的人工請求(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，且之后將鎖定設置值。信息包基操作雖然展示了有關CIM30的本發(fā)明，CIM30產生特殊的專用脈沖，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制解調器規(guī)則數據通信操作的一部分。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。第一傳輸部分是報頭171，用于同步和接收器訓練，之后是標題字段 172，包括附加(overhead)和管理信息例如地址。接下來傳輸真實數據173，之后是尾部字段174 (例如包括檢驗和)。在信息包開始之后不久，能夠執(zhí)行測量，基于作為報頭的一部分傳輸的能量，例如等時線175中所示。在這種結構中，可基于信息包定時來進行該測量。例如，可根據每次信息包發(fā)送或每次多個信息包設置來啟動操作。如果需要，終端值的設置也可以是連續(xù)的，一次或者信息包基。在每種情況下，設置值可以追蹤連續(xù)的、周期性的或者一次測量的特性阻抗，或者可替代地，可根據測量高于閾值變化來設置，或者根據外部控制指令來設置終端值。執(zhí)行準則的實例在圖18中示出為系統(tǒng)180。示出了 CIM 30，其中通過將脈沖接合到輸入31 ( “測量”)來啟動操作。如基于本領域中公知的555族集成電路定時器，可將脈沖產生器184連接到“測量”端口 31，重復且周期性地將脈沖發(fā)送到CIM 30，執(zhí)行連續(xù)和/ 或操作的周期模式?？商娲?，提供了一種加電電路，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，導致門185輸出以產生短的“測量” 脈沖，由此根據每次系統(tǒng)加電開始一次操作。此外，可通過與電容器182并聯(lián)地連接開關按鈕183來增加人工啟動。一旦開關183觸點關閉，電容器放電且“測量”脈沖再次產生。雖然已經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)，并且接著周期地或話路計時通信。而且，根據外部控制，操作期間，系統(tǒng)可從一個模式向另一個模式切換。對于包括數字數據通信的很多應用，線的特性阻抗可實際上被認為具有純電阻。 雖然上面已經設計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，包括包含復雜阻抗的終端，例如使用圖5的實施例。此外，線性和非線性終端都被考慮。而且，雖然上面已經關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)明用于其任何應用，其中不配置匹配終端。在這些應用中，測量的特性阻抗值可用作終端值的基礎以進行安裝，由此能控制失配和所產生反射的電平，代替了試圖將其全部消除。例如，在數字數據傳輸中可使用輕微失配，以提高信號的上升/下降時間。雖然上面已經關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體，但是將理解，本發(fā)明同樣可用于任一種類型的終端設置或布局，如串聯(lián)(也叫做背面匹配)、功率、禾口雙向，如National Semiconductor Corporation Application Note 902 (1993 ^8^)k Comparison of Differential Termination Technique"ψ 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。雖然上面已經關于包括在有線傳輸線上傳播的電信號的數字數據通信演示了本發(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。雖然已經關于包括兩個導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絡，該網絡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、延遲網絡、共振器、阻抗匹配網絡、補償器、負載線和濾波器。雖然已經關于由單個無源元件(如電阻器)構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置，包括無源或有源元件，包括阻抗匹配網絡，混合網絡、接合網絡、整形網絡、相移網絡、濾波器、補償器和衰減器。有源元件包括一些裝置，這些裝置用于產生橫跨至少兩個系統(tǒng)終端的負電阻，和/或電感或電容，其中上述的每一個可以是正的或負的。
權利要求
1.一種用于估計連接到單個連接點(93)的導線對(91a、91c、91c)數量的方法(70)， 其中所有導線對具有相似的標稱特性阻抗Z0，該方法包括連接(7 特性阻抗測量裝置至連接點；測量(75)由連接點處的導線對表示的集總阻抗Z ；和計算Z0/Z(78)以提供連接至連接點的導線對的數目估計。
2.如權利要求1的方法，進一步包括存儲(76)所測量的阻抗值或導線對數目估計的表述。
3.如權利要求1或2的方法，還包括提供所測量的阻抗值或導線對(152)數目估計的視覺顯示(153)。
4.如權利要求3的方法，其中導線對(133，143)至少部分地隱藏在建筑(132)的墻壁中，連接點是出口(134，144)，該出口具有前面板，且連接到連接點包括連接到在出口前面板上的連接器(135，145)。
5.如權利要求4的方法，其中導線對形成電話(130)，AC電源(140)或CATV布線基礎結構的一部分，且出口分別是電話(134)、AC電源(144)或CATV出口。
6.如權利要求5的方法，其中基礎結構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。
7.如權利要求6的方法，進一步包括識別(78)具有單個連接的布線端點，其中連接點集總阻抗是Z = Z0，和將終端連接(79)至所識別的布線端點的連接點。
8.如權利要求1的方法，其中導線對至少部分隱藏在建筑的墻壁中，連接點是出口，和將特性阻抗測量裝置連接至連接點包括將測試裝置結合至出口中。
9.如權利要求1的方法，其中用于通信的調制解調器(113)被連接到連接點，和所述方法還包括一個從連接點斷開連接m調制解調器的初步操作，和一個將調制解調器重新連接到連接點的隨后操作。
10.如權利要求1的方法，其中周期性地，或者根據外部信號的施加、或者根據手動操作、或根據測量裝置的加電來啟動測量和計算。
11.一種用于估計連接到單個連接點(93)的導線對(91a,91b,91c)數量的裝置(30)， 其中具有相似的標稱特性阻抗ZO的一個或多個導線對全部連接到該單個連接點，所述裝置包括用于連接到連接點的端口(39)，集總阻抗測量單元(30)，接合到所述端口，用于瞬時測量連接點集總阻抗Z，和Ζ0/Ζ計算器接合到集總阻抗測量單元，用于計算Ζ0/Ζ以估計所連接的導線對計數。
12.如權利要求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算的導線對數目的表示。
13.如權利要求11或12的裝置，還包括用于顯示所測量集總阻抗值(153)或所計算的導線對數目(152)的視覺顯示器。
14.如權利要求13的裝置，用于當導線對至少部分隱藏在建筑(130，140)的墻壁中時使用，連接點是出口(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償連接器(135,14 相匹配。
15.如權利要求14的裝置，其中導線對形成電話、AC電源、CATV布線基礎結構的一部分，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.如權利要求15的裝置，其中基礎結構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)，用于將能量傳輸到連接點，所述能量以不同于第一頻帶的第二頻帶承載。
17.如權利要求16的裝置，進一步包括用于識別具有單個連接的布線端點的設備，其中連接點集總阻抗是Z = ZOjP用于將終端連接到識別的布線端點連接點的設備。
18.如權利要求17的裝置，用于當導線對至少部分隱藏在建筑的墻壁中時使用，其中連接點是出口，和所述裝置至少部分結合到出口中。
19.如權利要求18的裝置，用于與調制解調器一起使用，該調制解調器用于在導線對上通信，其中該裝置還包括一個選擇連接的單元，用于從連接點斷開連接調制解調器并將調制解調器重新連接至連接點。
20.如權利要求19的裝置，進一步包括選擇器，用于周期性地、或根據外部信號的施加、或根據人工操作或根據裝置的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。在另一實施例中，通過調整終端值設置或測量適當的終端，以實現終端器件中最大的功耗。等同的特性阻抗測量可用于計數連接到單個連接點的金屬導體的數目。該摘要不打算限制或構成權利要求的范圍。
文檔編號G01R27/04GK102323485SQ20111026033
公開日2012年1月18日 申請日期2006年1月18日 優(yōu)先權日2005年1月23日
發(fā)明者耶胡達·賓德爾, 艾米·哈扎尼 申請人:睦塞德技術公司