CN101107532A

CN101107532A - 基于特性阻抗的确定用于判断有线传输线终端的装置、方法和系统

Info

Publication number: CN101107532A
Application number: CN200580046800.6A
Authority: CN
Inventors: 耶胡达·宾德尔; 艾米·哈扎尼
Original assignee: SercoNet Ltd
Current assignee: Mosaid Technologies Inc
Priority date: 2005-01-23
Filing date: 2006-01-18
Publication date: 2008-01-16
Also published as: IL166445A; US20130176043A1; CA2601348A1; US7919970B2; US20080284451A1; CN102323485A; US20080144546A1; WO2006077571A3; US8391470B2; WO2006077571A2; US20060176044A1; US7521943B2; EP1846772A2; IL166445A0

Abstract

一种用于测量传输线特性阻抗的系统和方法，包括传输能量到该线，和之后不久测量所涉及的电压/电流，和由此测量等同的阻抗。之后使用所测量的特性阻抗以确定最小化反射(refletion)所需的终端值。在另一实施例中，通过调整终端值设置或测量适当的终端，以实现终端器件中最大的功耗。等同的特性阻抗测量可用于计数连接到单个连接点的金属导体的数目。该摘要不打算限制或构成权利要求的范围。

Description

基于特性阻抗的确定用于判断有线传输线终端的装置、方法和系统

技术领域

本发明涉及测量传输线路参数的领域，并特别涉及传输线路的特性阻抗。

背景技术

通常将有线通信网络拓扑分成两种类型：点到点和多点(还公知为“一点到多点”、“总线”和“共享介质”)网络。在点到点拓扑中，网络采用一条或多条通信线路，每个连接都基于电缆或导线作为通信介质，并精确连接两个节点，其中，每个节点都连接到电缆的一端。在多点结构中，多个节点与相同的有线介质并行连接，沿着电缆有多个点。基于通信网络的点到点的非限制性实例是局域网(LAN)、以太网IEEE802.3 1ObaseT，100BaseTX、EIA/TIA-422(又名RS-422)、ISDN(U接口)、EIA/TIA-449、IEEE1284、IEEE1394和USB5以及广域网(WAN)如HDSL(高速数字用户线)、ADSL(不对称数字用户线)和其它xDSL技术(例如SHDSL、SDSL、VDSL、IDSL)。采用多点拓扑的LAN的非限制性实例是以太网IEEE802.3 10Base2、10Base5、CAN、LON和EIA/TIA-485(又名RS-458)。其它多点家庭网络包括在www.homepna.org中描述的基于通信的电话线，如HomePNA^TM(家庭电话线网络联盟)，和在www.homeplug.org中描述的基于通信的电源线，如Homeplug^TM。

单方向的点到点的通信线路的非限制性的实例在图1中示出为网络5。该网络包括基于两个导体11a和11b电缆的通信线路。在点7a和7b处，将发送器14a连接到电缆的一端。将在电缆另一端处的各自的点6a和6b连接到接收器13a和终端12a。该信号通过发送器14a接合到电缆。信号能量在电缆上传输且通过终端12a吸收，并且通过接收器13a接收。

在此术语“发送器”包括任一种器件，其能够输出能量或者驱动(或者激励)传输线中的信号，包括电信号。这种装置包括线路驱动器、调制解调器和收发器，以及具有激励能力的任何其它装置。这种信号可以是电压基的、电流基的或者是两者的组合。相似地，在此术语“接收器”包括能够自接合的传输线接收能量/信号(或其任一种功能)，并将其转换成电形式的任一种装置，包括线接收器、调制解调器和收发器。在此假设接收器不包括任一种终端功能(如非常高的输入阻抗)。

传输线被限定为用于自点A向点B传送信号的介质。如在此所使用的术语“线”、“传输线”、“电缆”、“布线”、“线对”应当解释为包括任一种类型的传输线，且尤其是包括两种或多种导体用于承载电信号的金属传输线。非限制性的实例是同轴电缆，PCB连接和双纽线，后者包括UTP(无屏蔽的双纽线)和STP(屏蔽的双纽线)，以及在专用集成电路(ASIC)中的连接。有线传输线的特征及其在数字数据传输上的效果例如在NationalSemiconductor Corporation Application Note 806(1992年4月)、名称为：“Data Trasmission Lines and their Characteristics”以及在National Semiconductor Corporation Application Note 808(1992年3月)、名称为：“Long Transmission Lines and Data SignalQuality”的文章中进行了描述。特性阻抗是金属传输线的基本特征，并且通常涉及到沿着该线传输的波的瞬时电压和电流。

终端12a的基本功能是完全吸收在传输线中的信号/能量传递。不适当的终端如阻抗失配将导致自接收器连接端至发送器连接端的反射(reflection)(又叫做振铃、过冲、下冲、失真和共振)。这种反射将通常会降低通信线路的通信特征。适当的线路终端随着设计在相对较长长度或传输介质上向着较高数据信号传输速度转移而逐渐变得重要。例如，这可应用到两个导体如双纽电缆上方的不同数据传输。总之，当传输信号，如电缆中的电信号，的分量波长比传输线中的实际长度短时，将传输线如电缆视为传输线。例如在National Semiconductor CorporationApplication Note 108(1986年7月)、名称为：“Transmission LineCharacteristics”中讨论了适当线路终端的阻抗的重要性。适当线路终端通常能通过使用较简单的装置可靠地恢复传输信号、以及提高噪声敏感度的较佳能力。

在National Semiconductor Corporation Application 807(1992年3月)、名称为“Reflections：Computations and Waveforms”一文中可以找到对反射的分析，并且在National SemiconductorCorporation Application Note 903(1993年8月)、名称为“AComparison of Differential Termination Techniques”中描述了反射在数据传输系统上产生影响的方式。

总之，为了避免反射，终端阻抗应当与所讨论信号中频带中传输线的特性阻抗相匹配。如果电缆参数是公知的，且尤其器特性阻抗(一般指定为ZO)，良好实践是组装相同值(ZO)的终端(又叫做端接器)12a。很多情况下，电缆参数不是已知的。例如，电缆可存在墙壁中和/或是未知的类型。而且，可以将电缆制造具有相对大的参数公差来制造，从而导致从一批到一批的特性阻抗变化。相似的，由于如温度、湿度还有超时的环境条件，特性阻抗可变化。在其中电缆参数不是已知的任何情况下，为了建立电缆的特性阻抗需要进行测量，且因此终端该线路。这种测量需要专门技术，劳动规模大且浪费时间。

由此，广泛意识到需要一种易于并简单测量特性阻抗的方法和系统，并且具有这种方法和系统是非常有利的，例如可根据计算适当的传输线路终端。这种系统一般可用于传输线路、和尤其是有线网络，并且特别地用于具有未知或变化特性阻抗的金属传输线路。

图1a中将多点基网络(又叫做总线或多点网络)示出为网络10。两个导体11a和11b用作通信介质，其中多节点与其相连接，每个节点沿着该线连接在不同的点处。示出该网络处于其中在各自连接点18a和18b处连接到该线的两个导体11a和11b的节点14a是发送器、且其他节点用作接收器的状态。节点13a、13b和13c用作接收器且分别连接到各自点(17a、17b)、(19a、19b)和(9a、9b)处的线。与上面讨论的相似，终端(等于该线特性阻抗)连接到每个端部，其中终端12a和12b分别连接到传输线端部(15a、15b)和(16a、16b)。

通常，在有线通信中，布线特性阻抗近似为纯电阻(不复杂阻抗)；因此每个终端都是具有等于特性阻抗的简单电阻器。这种电阻器23示出为终端且连接到图2中示出的网络20的传输线端点(如16a、16b)。

虽然图1中示出的金属传输线5是非抽头的、单路径的、同质且连续的布线，传输线有时可涉及抽头(又叫做短线，桥和桥抽头)或任何其他的不连续分布。这种介质在图2中示出为网络20。除两个导体11a和11b之外，该网络采用另外的布线部分(抽头)，该部分包括两个导体21a和21b，分别在连接点22a和22b处抽头。与上面讨论的相似，在每个线端部都需要终端，由此需要横跨抽头端点24a和24b连接的电阻器23c。相似地，有线网络可采用多个这种抽头。由此对于具有任意拓扑如“星”、“树”或其任意组合的线，该抽头可以没有任意节点连接(如网络20中示出的)，或者可具有与其连接的节点。此外，节点可与终端并联地连接到一个或多个线端部。

在多点环境中，终端在所有布线端部中是必要的，以降低反射，在除了电缆端部之外的所有点处不要引入终端同样是重要的。所连接的任意阻抗都将导致失配，且所传输的信号将在该点处引起反射。同样，节点13a、13b和13c在连接点处对传输线显示出高阻抗。

很多种情况下，节点(尤其是接收器)包括内置终端/电阻器。如果节点在一个线端部中被连接，则终端应与节点并联连接。然而，在其中节点不位于线端部的配置中，终端应断开连接或无效，以避免产生反射。在连接位置之间的这种区别使网络安装复杂。而且，在一些情况下，不容易得知布线拓扑，如在内壁存在布线的情况下。鉴定该拓扑以在线端部和其他点之间进行区分是复杂的，劳动密集的且是昂贵的。

由此广泛认识到需要一种用于允许简单和容易一般传输线终端，特别是有线网络终端的方法和系统，特定用在具有多重连接点的金属传输线，在任何一端或在布线系统中间都是未知的，并且具有这种方法和系统是非常有利的。

有线本地网络

大部分现有办公室和一些新建建筑基于专用布线来促进数据网络结构。然而，在现有建筑中实施这种网络通常需要安装新的布线结构。这种新布线的安装可能不切实际、昂贵且存在问题。结果，很多技术(称作“不需重新布线”技术)已经提出，以促进建筑中的LAN，不需增加新的布线。一些这种技术使用了最初为其他目的安装的现有有效布线，如电话、电力、有线电视(CATV)等。这种方法具有这样的优点，即能够安装这种系统和网络而不需要额外的和通常很大的成本，该成本为在建筑物中安装单独布线的成本。

允许布线以承载服务(如电话、电和CATV)以及数据通信数据的技术方面一般包括使用FDM技术(频分多路复用)，在这种结构中，服务信号和数据通信信号跨过各自的有效布线被承载，每个有效布线都是用区别的频谱带。FDM的概念在现有技术中公知，并且提供了分离通过介质如布线承载的带宽的装置。在电话布线承载电话和数据通信信号的情况下，频谱被分成能够承载模拟电话信号的低频带和能够承载数据通信或其他信号的高频带。

基于使用电源线基本地网络的室内网络在现有技术中也是公知的。用于网络的介质是室内电源线，其用于承载总功率和数据通信信号。PLC(电源线载波)调制解调器将数据通信信号(如以太网IEEE802.3)转换成能够被承载在电源线上方的信号，而不影响这些导线上方的功率信号或被其所影响。名为HomePlugPowerline Alliance、Inc.of San Ramon、CA USA的协会在标准化电源线技术方面活跃。电源线通信系统在Bullock等人的U.S.专利6,243,571中描述了，其还提供了现有技术涉及到电源线技术和应用的现有技术公开的综合目录。作为搭锁模块被容纳的这种PLC调制解调器的一个实例是HomePlugl.O，基于自美国加利福尼亚来自D-LinkSystem，Inc.以太网-至-电源线桥模块DHP-100，Lie.of Irvine。具有内建PLC调制解调器的出口，使用电源线与组合数据和功率一起使用，在Schaeffer等人的名称为“Powerline bridge apparatus”的美国专利申请2003/0062990中进行了描述。这种功率出口作为San Carlos.CA USA的Asoka USACorporation PlugLAN^TM的一部分是可获得的。

相似地，现有室内CATV共轴电缆中的承载数据在本领域中是公知的，例如在Gurantz等人的美国专利申请2002/0166124中。使用出口的在CATV共轴电缆上的室内网络的实例是Cohen等人的美国专利申请2002/0194383。这种出口作为来自以色列耶路撒冷的TMT Ltd.的HomeRAN^TM的一部分是可获得的。

电话的定义和背景

在此，术语“电话”表示一般任何类型的电话服务，包括模拟和数字服务，如集成服务数字网络(ISDN)。

模拟电话、非常公知的“普通老式电话服务”(“POTS”)已经存在超过100年了，而且被很好地设计并很好地操纵，用于传输和转换在音谱的300-3400Hz部分的声音信号(或“音频”或“电话频带”)。熟悉的POTS网络支持实时、低时延、高可靠性、中等保真度的语音电话，且能够在两个端点之间建立通话，每个断电均使用模拟电话机。

在此术语“电话”、“电话机”和“电话装置”指的是任何一种装置，没有限制，该装置能连接到公共交换电话网络(“PSTN”)，包括用于模拟和数字电话的装置，其非限制性实例是模拟电话、数字电话、传真(“fax”)机、自动电话答复机、声音(也叫作拨号)调制解调器和数据调制解调器。

术语“数据单元”、“计算机”和“个人电脑”(“PC”)在此可互换使用，以包括工作站、个人数字助理(PDA)和具有用于连接到本地区网络的接口的其他数据终端设备(DTE)，以及用作数据源或数据汇集点(或两者)的数据站的任何其他功能单元。

室内电话服务一般采用两个或四个导线，经由电话出口将电话机连接至这些导线。

室内布线中存在的本地网络。

与上述的电源线和CATV相似，经常希望使用现有电话布线同时用于电话和数据网络。以这种方式，在室内或其他建筑中建立新的本地网络被简化，这是由于不需要安装其他的布线。Goodman等人的美国专利5,010,399和Rogers等人的美国专利5,621,455中描述了使用FDM技术在有源室内电话布线上承载视频。

用计数法在室内电话布线上承载数据的现有产品与通过使用FDM的有源电话服务同时共同地使用公知为HomePNA的技术(家用电话线联网联盟)，其电话线接口已经标准化为ITU-T(国际电联电信标准化部门)推荐的G.989.1。HomePNA技术在Folev的美国专利6,069,899、Dichter的美国专利5,896,443、Yagil等人的美国专利申请2002/0019966、Lifshiz等人的美国专利申请2003/0139151和其他文献中进行了描述。布线上可获得的带宽被分成能承载模拟电话信号(POTS)的低频带，对高频带进行分配，用于承载数据通信信号。在这种FDM基结构中，电话不受影响，同时提供超出现在室内电话布线的数据通信能力。

出口

在此的术语“出口”表示电机械装置，它便于容易、快速地将外部装置连接和断开连接到和来自建筑中安装的布线。出口通常具有至布线的固定连接，并允许根据需要容易地连接外部装置，这通常借助于在面板中的集成标准连接器。一般将出口机械连接到，或固定入墙或相似的表面。普通出口的非限制性实例包括：电话出口，用于连接电话和相关的装置；CATV出口，用于连接电视机、VCR等；用作LAN布线(也叫做结构布线)的一部分的出口，和用于将功率连接至电器用品的电出口。在此术语“墙”指的是建筑的任何内部或外部表面，包括但不限于除垂直墙壁之外的天花板和地板。

功能性出口方式

该方式涉及取代具有“网络”有源出口的现有服务出口。一般的出口(包括LAN结构布线、电源出口、电话出口和有线电视出口)逐渐成为无源装置，其是布线系统外壳基础结构的一部分，并单独用于提供至内壁布线的入口的目的。但是，存在一种将有源电路嵌入到出口中的倾向。以使用其作为房间/办公室网络的一部分，并通常用以提供标准数据通信接口。在大多数情况下，增加的电路是为了将增加数据接口与出口连通性的目的，增加到其基本无源的连通性功能中。

出口支持电话和数据接口，用于与电话线一起使用，在Binder的名称为“Telephone outlet for a local area network over telephonelines and a local area network using such outlet”的美国专利6,549,616中对其进行了描述。这种出口可作为自SercoNET Ltd.ofRa’ananna，Israel的NetHome^TM系统的一部分获得。

另一个电话出口在Dichter的名称为“Automaticallyconfigurable computer network”的美国专利6,216,160中进行了描述。使用出口的在CATV共轴电缆上的室内网络的实例在Cohen等人于2002年8月22日公开的名称为“Cbleran Nerworkingover Coaxial Cables”WO 02/065229中进行描述。这种出口作为自Jerusalem，Isael的TMT Ltd.的HomeRAN^TM系统的一部分获得。与布线承载技术、数据和娱乐信号结合使用的出口在Alcock的名称为“Local area and multimedia network using radio frequencyand coaxial cable”的美国专利申请US 2003/0099228中公开。使用电源线与组合的数据和功率一起使用的出口在Schaeffer等人的名称为“Powerline bridge apparatus”的美国专利申请US2003/0062990中进行了描述。这种功率出口作为San Carlos，CAUSA的Asoka USA Corporation的PlugLAN^TM的一部分获得。

虽然已经关于在用于基本服务(如电话、CATV和功率)的布线上形成的网络描述了有源出口，但是将理解，本发明同样能用于使用专用布线的网络中的出口。这种情况下，出口电路用于提供另外的接口至出口，超出了单独数据连通接口的基本服务。例如，其可以用于提供其中布线支持单个这种数据连接的多个数据接口。这种出口的一个实例是由美国加利福尼亚的Santa-Clara的3Com^TM制造的Natwork Jack^TM产品系列。此外，这种出口在Thompson的名称为“Sigle Medium Wiring Scheme forMultiple Signal Distribution in Building and Acces Port Therefor”的美国专利6,108,331以及McNamara等人于2003年6月19日公开的名称为“Active Wall Outlet”的美国专利申请US 2003/0112965中进行了描述。

虽然已经基于导电介质如导线和电缆关于出口和网络描述了有源出口，但是将理解，这种出口同样可用于其中网络介质是非导电的、如光纤电缆的情况。支持数据接口并基于光纤电缆的有源出口在Chu于2002年10月10日公开的名称为“Fiber ConverFaceplate Outline”的美国专利申请US 2002/0146207、以及Thompson的名称为“Single Medium Wiring Scheme for MultipleSignal Distribution in Building and Access Port Therefor”的美国专利6,108,331中进行了描述。这样，如在本申请以及附属的权利要求中所使用的术语“布线”应解释为包括基于非导电介质如光纤电缆的网络。

虽然上述的出口使用有源电路，用于分离数据和服务信号，但是也可用无源来实施。这种无源出口的实例在Binder的名称为“Telephone communication system and method over local areanetwork wiring”的WO 02/25920中公开了。这种出口作为自TXUSA College Station的Qlynk Communication的etlierSPLIT系统的一部分可获得。etherSPLIT是动态信息系统的注册商标。

上述的出口是完整且自给的装置。这样，其能容易地被安装于新的外壳中，代替规则的无源简单出口。但是，这种解决方案不适合于该型现有布线系统的情况。很多情况下，任一个这种修改都需要拆卸现有出口并安装具有改进特征的新出口。这种行为麻烦、昂贵且总是需要专业技术。而且，由于当处理危险电压(如在电源线中或电话线中)时包括安全方面因素，局部调节仅需要持有证书的人来处理布线，使得其昂贵并影响到自己动手的方式。

而且，随着技术和环境随时改变，需要升级、修改或变化出口功能，特征和特征可上升。例如，数据接口需要升级，以与新标准互相连通。在另一实例中，需要电路升级以支持较高带宽。相似地，需要引入或升级管理和服务质量(QoS)功能，在再一实例中，需要增加另外的功能和接口。使用完成的自给出口作为现有出口的替换，也引入了上述的缺陷。

插入装置

增加功能到现有出口的一种方法是通过使用插入模块。这种插入模块在Smart等人的名称为“High data-rate powerline networksystem and method”的美国专利申请US 2002/0039388、Walbeck等人的名称为“Modular power line network adapter”的美国专利申请US 2002/0060617、和在Schaeffer、JR等人的名称为“Powerlinebridge apparatus”的美国专利申请US 2003/0062990中进行了描述。使用HomePlug^TM技术的这种模块可自多源如美国加利福尼亚的San Carlos的Asoka USA Corporation的PlugLink^TM产品获得。HomePlug是美国加利福尼亚的San Ramon的HomePlugPowerline Alliance.Inc.的商标。各种类型搭锁装置也在WO 04/001034中进行了描述。

发明内容

根据本发明的一个方面，通过施加规则集总的阻抗/电阻测量来测量传输线特性阻抗。现有技术中公知的任一种其他集总的或分散的阻抗/电阻测量技术可同样使用。在本发明的一个方面中，该测量基于传输、源化或激励电信号、电压或电流(或者二者)。在本发明的一个方面，测量基于激励抑制能量进入传输线，并例如使用分压器直接或间接测量至传输线的电流。所测量的值用于计算传输线特性阻抗。一旦接收到外部电信号(如自另一个系统)、手工施加信号或者加电、或者感测到任何其他信号激励如信息包或作为数据通信通话一部分的通话，测量特性阻抗是初始周期性的。

为了进行合适的测量，不存在其他信号(如反射或数据通信信号)，并且没有其他信号影响测量。根据本发明的一个方面，阻抗(集总的或是分散的)测量在将测量信号注入到传输线中不久之后、并且在反射从抽头或非终端端部到达测量的传输线端部之前执行。由于实际上传输线不是同质的且不具有无穷长度，因此发生自抽头、非同质点或非终端远程端部的反射，且该反射达到所测量的端部。由此，应当执行测量并且在施加测量信号后不久、在反射达到该线端部之前完成。为了进行所测量值任何随后的使用，应存储所计算特性阻抗(或者其任意函数如所测量的电压/电流)。

根据本发明，传输线用作数据传输的介质，在这种结构中，调制解调器(为发送器、接收器、传输接收器等)沿着传输线被连接到点以及连接到与阻抗测量相关的传输线端部点。特性阻抗测量可用于确定在具体连接点处是否需要终端。根据本发明的一个方面，终端值根据所测量的特性阻抗确定。例如，终端值能被设置为等于所测量的集总阻抗，以最小化端部点中的反射。在其中数据通信被包括在相同传输线上方的情况下，时域复用技术用于使得两种调制解调器和测量共享传输线，其中调制解调器操作在阻抗测量期间暂停，以不干扰测量且能进行适当和精确的测量。根据本发明的一个方面，这通过在测量相期间将调制解调器(包括传输接收器和发送器)与传输线断开连接、并且在完成该测量之后重新连接其来实现。这样，系统排他地处于测量状态或处于数据通信状态。

根据本发明的一个方面，采用频分多路复用(FDM)方法以同时进行施加信号(如数据通信信号)和在传输线上的相关信号的阻抗测量。在这种设置中，测量系统使用以不同于其中承载施加信号的带的一个或多个频带中承载的信号。不是测量系统的一部分的一个频带或多个频带中传输线的特性阻抗可使用公知的外推和内推技术来近似。

根据本发明的一个方面，所测量/所计算的传输线特性阻抗用于估计连接到单个连接点的线对的计数，用于与具有相似的标称特性阻抗ZO并全部连接到单个连接点的一个或多个相似的线对一起使用。通过瞬时测量连接点集总阻抗Z，所连接的线对计数被估计为ZO/Z。所估计的对计数作为计数测试装置的一部分表示给用户。

根据本发明的一个方面，对计数用于确定未知布线结构的端部点。在其中Z＝ZO的情况下，单个布线对连接点被检测，由此需要终端被连接到该点以最小化自该导线对端部点的反射。

根据本发明的一个方面，测量内壁隐藏导线对。这种导线对包括电话、AC电源或CATV布线基础结构，以及任何其他布线。导线对可承载服务信号(如电话、AC电源、或CATV信号)，并且经由出口(如电话、AC电源或CATV出口)访问。在其中出口用于连接到布线的情况下，阻抗测量或终端设置或者两个电路可集成到(部分或全部)出口中。

根据本发明的一个方面，用于与承载信号并具有标称上特性阻抗以及用阻抗控制终端来终端的传输线一起使用，适当的终端值(具有与标称特性阻抗相同的值)通过使用闭合控制回路与传输线相匹配，其中通过阻抗控制终端(连接到传输线)消耗的功率被测量并用于改变阻抗控制终端值，以获得最大功率消耗。终端的功率消耗可通过感测横跨终端的电压或流过终端的电流来直接测量。替换地，消耗的功率通过测量由消耗功率(如热)影响的物理现象来测量。

测量系统(总体或部分)可以作为孤立的单元来封装、作为调制解调器一部分来容纳/集成、或者以集成形式作为服务出口一部分或者作为搭锁模块来容纳。相似地，终端设置系统(总体或部分)可以是孤立的，或者作为调制解调器的一部分来容纳/集成或者以集成形式作为服务出口的一部分或者作为搭锁模块来容纳。

上述发明内容不是本发明所有方面的详尽列表。事实上，发明人预期本发明包括能够根据上面总结的各个方面、以及以下的详细描述中公开的和在本申请提出的权利要求中具体指出的那些的所有适当组合实施的所有系统和方法。这种组合具有在上述发明内容中没有具体列出的特定优点。

应理解，根据以下的详细描述，本发明的其他实施例对于本领域技术人员是容易明白的，以下的详细描述中借助于说明仅示出并描述了本发明的实施例。如将意识到的，本发明能包括其他且不同的实施例，且其几点细节能够在各个其他方面修改，所有都不超出本发明的范围，如通过权利要求所限定的。因此，认为附图和详细描述实际上是示意性的而不是限制性的。

附图说明

在此仅借助于非限制性实例描述本发明，参考附图，附图中相似的标记表示相似的元件。

图1示意性示出了点到点网络。

图1a示意性示出了多点网络。

图2示意性示出了具有抽头的多点网络。

图3示意性示出了根据本发明示范性特性阻抗测试仪(CIM)的一般功能方框图。

图4示意性示出了根据本发明示范性终端系统的一般功能方框图。

图5示意示出了根据本发明示范性特性阻抗测试仪(CIM)的一般功能方框图。

图6示意性示出了示范性压控电阻器(VCR)的一般功能方框图。

图7示意性示出了根据本发明示范性操作的一般功能流程图。

图8a示意性示出了一般终端系统。

图8b示意性示出了根据本发明示范性终端系统的一般功能方框图。

图9示意性示出了根据本发明示范性对计数系统的一般功能方框图。

图10示意性示出了根据本发明的频带分配图。

图11示意性示出了根据本发明示范性终端系统的一般功能方框图。

图12示意性示出了消耗功率与终端电阻的曲线图。

图13示意性示出了在室内电话布线基础结构。

图14示意性示出了室内的AC电源布线基础结构。

图15示意性示出了根据本发明示范性的终端测试装置。

图16示意性示出了根据本发明示范性AC电源布线终端装置。

图17示意性示出了典型的封装结构。

图18示意性示出了根据本发明示范性终端系统的一般功能方框图。

具体实施方式

参考附图和附随的说明，可以理解根据本发明网络的原则和操作，其中由相同的参考数字来指示不同附图中出现的相似的部件。附图和说明仅为概念性的。在实际实践中，单一部件可以实现一个或多个功能；可选择地，每个功能可以由多个部件和电路来实现。在附图和说明中，同一参考数目代表那些在不同实施方式或配置中相同的部件。

在图3中示出根据本发明一种实施方式的一部分，作为特性阻抗测试仪30(Characteristic Impedance Meter，CIM)。通过将信号应用到线路、并且依靠随后的分压直接测量传输线内的输入阻抗的方式，CIM测量传输线的特性阻抗。CIM30测量测试下的传输线(T.U.T或TUT)42的特性阻抗，该传输线通过节点39连接，并具有未知的特性阻抗Z0。测试序列开始于感测到端口31中的MEASURE信号，给CIM发信号以开始测量过程。将端口31处的MEASURE信号提供给脉冲产生器32，该产生器输出一个显示为方形波脉冲信号33的脉冲。脉冲信号波形33在时间TO处开始，长为τ秒并具有V’伏的幅度。在该情况下，其中需要特性阻抗以在特殊和/或限制的频带中进行测量，接着将脉冲信号供给到带通滤波器34，将信号能量限制为所需的频带。如果产生具有所需频谱的信号，和/或如果不存在频带限制，则可省掉这种滤波器34。在通过滤波器34将脉冲过滤之后，该脉冲通过连接到端口39的串联电阻器Rs36连接到TUT 42上。认为处理单元37具有非常高的输入阻抗，由此不干扰该信号。在端口39处(和在处理单元37的输入处)的电压是通过电阻器Rs和ZO之间的分压V’形成的这样一个电压(假设为纯的电阻特性阻抗)。这样，在端口39处的分压Vd是Vd＝V’*ZO/(Rs+ZO)，假设通过滤波器34不产生衰减。在滤波器34幅度衰减的情况下，电压V’反映出滤波器34输出的幅度。由于V’和Rs是已知的，因此端口39处的电压Vd是特性阻抗ZO值的直接函数。为了进行精确测量，电阻器Rs的值与所测量的阻抗ZO应当尽可能接近，或者至少在相同的量级上。将电压Vd供给到处理单元37，该处理单元提供信号输出，该信号输出为端口39处电压的函数。例如，处理单元37可提供与上述的Vd成比例的电压。在另一实例中，处理单元37通过等式ZO＝Rs*Vd(V’-Vd)来计算ZO，并且提供了与所计算的ZO成比例的信号(如电压)。还可考虑其他传输功能。如果不需要处理，则可省掉处理单元37。假设实际及最终长度为TUT，则脉冲信号开始沿着传输线传输，并且假设抽头、非终止的端部或任何其他非连续，在端口39处将出现反射信号，导致所计算的Vd不准确且不反映所讨论的实际分压。这样，在脉冲信号开始(TO)之后Vd的精确值仅存在于端口39处达短周期。因此，需要锁存并存储此瞬间的值。

还将脉冲信号33提供给延迟单元35。在预定的延迟周期之后(TO之后)，将信号输出至抽样和保持单元38的触发器输入，该抽样和保持单元38锁存并保持来自处理单元37的信号输出作为端口41处的信号Vm。由此，信号Vm(如电压)表示TUT特性阻抗ZO的函数。延迟值不应过短，以允许精确并完整的稳定值。另一方面，延迟值不应过长，以避免反射作用。值τ应当足够小，从而不会长时间占用传输线并且使测量所需的周期最小化。相似地，值τ应当足够长以允许精确并稳定的测量。在已经建立并测试的系统中，τ＝15纳秒的脉冲能进行比70厘米长双纽对电缆的精确无反射测量。

由此，公知当在端口31中感测MEASURE信号之后时，CIM将在端口41输出信号，该信号表示在端口39中连接的TUT 42的特性阻抗ZO的值。

上述CIM 30对测量TUT 42的特性阻抗是有效的。在进行这种测量之后，可基于所测量值提供足够终端。在图4中示出系统40，该系统提供所需终端值的测量和设置。图中示出的TUT 42经由开关44连接，具有两个不同状态，表示为M(测量)和S(设置)，该状态通过控制信号线SELECT 49来选择。在测量(M)状态下，TUT 42连接到CIM 30的端口39，如上面图3中所述。在这种状态下，一旦MEASURE信号应用到CIM 30的端口31上，CIM 30就将实施测试功能，导致表示所测量特性阻抗ZO值的连续Vm信号。在CIM 30的端口41处的Vm信号驱动终端设置(TS)单元43。TS 43功能是显示出所需的终端值。通常，将等于所测量特性阻抗ZO的阻抗值用于终端，以将失配和反射最小化。在测量周期的端部，开关44的线SELECT控制49切换到S(设置)模式。TUT 42由此与CIM 30断开，并经由线45连接到TS，导致TUT 42端部处正确的终端值，从而TUT对于被用作由单元43终止的通信介质是有效的。

如上所述，特性阻抗使用集总阻抗测量技术来测量，由此作为集总整体而不是分散的个体来处理传输线。这种方法在以下一个或几个假设的情况下是有效的：

a.在测量周期中，没有能量(而不是用于阻抗测量的信号)在传输线上传输，并且被测量装置接收。这样，测量单独基于通过测量装置传输到传输线上的能量，具有公知的值。所接收的其他能量作用在阻抗测量的精确性上。

b.无穷长的传输线。在非常长且同质的传输线中(例如不具有抽头/桥，且没有沿着线的阻抗变化)，不产生反射，由此没有信号干扰阻抗测量。

c.测量在于所连接的端部中接收反射之前执行。这种方案中，假设用于测量的端部处传输线的至少短长度是同质的(例如没有抽头或阻抗变化)，由此导致没有反射。将时间间隔用于完成阻抗测量，直到任何反射或任何其他干扰信号达到用于测量的端部的由此获得精确的无反射影响的测量周期。例如，假设最近的干扰点(例如线端部点或抽头)是自测量端部具有距离X的点，并假设传输线上信号传输速度是V(通常接近光速)，该点将产生反射信号(作为传输测量信号的结果)，该反射信号将在2*X/V的时间延迟之后到达传输线端部。在该时间期间，可执行精确的抗干扰测量。

在上述条件下，集总的阻抗测量将提供传输线特性阻抗。任何集总的阻抗或电阻测量装置都可使用。很多情况下，欧姆定律用作这种测量的基础。一个实例在CIM 30中示出，其中将电压激励施加到TUT，且通过在分压电阻器网络上产生的电压来测量电流。但是，任何其他集总阻抗或电阻测量装置都可同样被使用。这种实例是于图5中示出的CIM 50。CIM 50基于CIM 30结构，但是特性阻抗集总测量是基于直接测量通过安培计(又叫做电流表)82流过TUT 42的电流I和直接测量通过电压表85测量横跨TUT的电压V。处理单元37通过使用欧姆定律R＝V/I来计算特性阻抗。在CIM 30和CIM 50两种情况下，可使用电流或电压激励，以及电流和电压激励的组合。

虽然本发明已经用几个欧姆定律的阻抗/电阻测量实例演示出，但是将理解，本发明可同样用于任何其他阻抗或电阻集总测量。此外，基于集总或非集总传输线电参数的任何非集总测量都可同样地被使用。而且，阻抗和基于除了电参数之外的任何传输线物理参数来测量。

在根据本发明的一个实施例中，终端设置(TS)43是基于压控电阻(VCR)。实施这种VCR在本领域中是公知的，并且一个非限制性实例是基于Xicor X9015单一数控电位器(XDCP^TM)，可自美国加利福尼亚的Intersil Corporation of Milpitas获得。

上述的终端设置(TS)具有用于终端值的连续设置范围。相似地，TS对于从预定值的固定组中进行选择是有效的。这种终端设置(TS)60在图6中示出，具有两个分立值，无穷大和Rts。比较器51将输入电压Vm与预定值比较。在其中Vm在设定阈值值上的情况下，将一个信号发送到开关驱动器52，该驱动器依次经由控制线55操作开关54，该开关经由端口45依次将电阻器Rts 53连接到TUT。在其中Vm的值不与阈值交叉的情况下，开关54保持打开状态，导致到线45非连接的终端，有效地无穷大电阻值。相似地，多个非无穷大值可以作为Vm输入值的函数被接入。开关54可通过继电器触点来执行，如本领域中公知的，其中线55是线圈操作信号或者可使用固态电路来执行。

可使用TS 60以决定是否要将终端插入。在布线具有多个连接点和未知拓扑的情况下，需要识别布线端部，以将终端连接到该端部，并且以识别不是端部的点(称作非端部连接点)，并必须使其打开。实例是系统20的布线11，具有端部点15、16和24，以及非端部连接点17、18、19和9(假设终端23a、23b和23c不连接)。在端部点处施加CIM 30(如15、16和24)将导致表示布线11特性阻抗值的Vm值。相似地，将CIM 30施加到非端部连接点，将导致特性阻抗值一半的Vm值，由于所连接的每一布线段都表示其自身的特性阻抗值，由此导致并联连接的两个相同值。在抽头的情况下，如系统20中布线11中的连接点22，其中三个支路有效地连接，通过CIM30测量的等效值将是特性阻抗第三个。由于仅有端部点装配有终端，因此可使用例如具有阈值等于标称特征值0.75的比较器51的TS 60。可将端部点识别为如上阈值电平，并由此将导致特性阻抗电阻器Rts 53的连接，同时非端部点连接将自动打开。

处理流程。

涉及自动终端系统的处理操作在图7中示出为流程70。从开始操作71开始，例如TUT在操作72中从调制解调器断开连接，且在操作73中连接到CIM。CIM短时间内将能量传输到TUT中(在操作74中)，并基于TUT特性阻抗测量电压(或任何其他参数)(操作75)。表示TUT特征值的所测量的值存储在操作76中。在完成测量之后，TUT与CIM断开连接(操作77)，并重新连接到通信操作的常规状态。基于操作75中终端所测量的值，计算所需的终端值(例如等于特性阻抗的电阻器值)(操作78)并将其连接到TUT。在上述系统40的实例中，借助于TS 43和开关44，能够实现操作77、78和79。

虽然上述工艺在系统寿命中仅采用一次，如仅作为最初安装的一部分，但是在一些实施例中，该工艺可重复多于一次。例如，该处理可在每次系统被充电时或者周期性地重复。在稍后情况下，处理将在一个延迟之后重新开始，如作为操作69所描述的。

如流程70中所示，系统可以是两种状态中的一种。第一种状态是测量状态，包括操作72至78，在这期间TUT参数被测量，还包括常规操作状态(包括操作79)，其中连接适当终端并且系统作为有线通信系统操作。在常规操作状态期间，系统基于测量状态的测量结果来使用终端。这样，必须计算表示特征终端(或者其任意函数)的值并将在测量状态中存储该值，以在规则操作状态下使用。这种存储可使用机械存储(如多状态机械开关)、模拟值存储(如抽样和保持电路)或数字存储器。

反射计算。

涉及传输线边界条件的电压和电流的计算在本领域中是公知的，如日期为1992年3月的National Semiconductor ApplicationNote 807(AN-807)中示例并详细说明的。计算将基于以下假设来介绍，假设两个导体传输线由导体11a和11b构成，具有RO，纯电阻特性阻抗并在一个端部(点81a、81b)处由具有电阻R1的终端电阻器23d终止，如图8a中示出的系统80a中所示。具有电压值Vx和电流值Ix的信号在传输线(从“左”到“右”)中传输。根据定义，运用等式Vx＝R0*Ix，且所传输的能量等于Px＝Ix*Vx＝Vx^2/R0，且为了简化的目的，假设在传输线中没有能量损失。部分传输能量在终端电阻器23d中被吸收，导致V1的电压电平和I1的电流，涉及到V1＝I1*R1。在匹配终端(R1＝RO)的情况下，所有的传输能量都被终端电阻器23d吸收，且不产生反射。在其中没有匹配终端的情况下，具有电压Vr和电流值Ir的反射信号从端部点传输(从“右”向“左”)，其中运用Vr＝Ir*RO。将基尔霍夫定律用于端部点(81a、81b)，电流等式是I1＝Ix-Ir且电压等式是V1＝Vx+Vr。相似地，采用能量守恒的原理，Px＝P1+Pr。

处理上述等式导致P1＝4*R1*Vx^2/[(Ro+R1)^2]。该函数示范性地示出为图12中的图120，其中X轴123表示R1值和Y轴122表示获得的P1。曲线121表示上述值P1作为参数R1的函数。而且计算示出了该P1函数在R1＝RO处具有单独最大值，示出为图120中的线124，其中传输线完全匹配，且整个Px能量在终端(P1＝Px)处被吸收，并且不产生反射(Pr＝O)。

上述计算建议调整终端值R1以获得在该终端电阻器上的最大能量耗散，有效地导致非常匹配的终端。一个选择是用手调整终端电阻值(虽然能量被承载在传输线中)，同时测量于其中吸收的能量，并固定稳定状态值以导致最大能量的值。

可替代地，通过将在终端中的能量吸收最大化来自动调整终端值以匹配特性阻抗。这种系统80b于图8b中示出。可调整的终端83，如VCR(电压控制电阻器)被连接到线(11a、11b)的端部点81a，81b，由驱动器14a充电。流过终端83的电流由电流计(安培计)82来测量，同时横跨终端83端子的电压由电压计(伏特表)85来测量。计量的电流和电压值在乘法器86中相乘，导致表示在终端83(P＝I*R)中耗散的功率的信号。相似地，仅电流可被测量，且通过P＝I^2*R计算的功率，或替代地仅电压被测量，使用等式p＝V^2/R以获得功率。在另一实施例中，功率不通过测量电压或电流被直接测量，而是通过有效的功率耗散来测量。例如，假设功率被转换成热，可测量温度作为耗散功率的表示。

功率表示信号被从乘法器86经由线88供给到控制单元87，其经由线89依次控制终端83的电阻值。控制单元87是可操作的，以实现闭合回路来设置VCR 83的电阻值从而获得线88上的最大功率表示。

系统8Ob的一个优点是不需要专用功率信号被传输到传输线中作为测量过程的一部分，但是系统更适合使用传输线中现有的能量(例如作为正常操作的一部分)。但是，很多情况下，系统80b的适当操作需要终端83中最小的接收能量。在一个实施例中，比较器84感测电压电平(作为所接收功率电平的指示)，并且仅在感测到预定电平以上的信号电平时，允许连接控制单元87的操作，确保适当的循环操作。

与上面讨论的相似，在系统80b中的控制循环可周期性地或连续性地操作一次(例如作为初始安装的一部分，根据人工干预或作为任意通电过程的一部分)。

目前已经关于将适当终端值与传输线端部点相匹配，描述了系统80b。在其中系统与非端部点，诸如图2中系统20中连接点9、17和18，部分“命中”能量Px继续沿着传输线传输。采用与上述相似的计算导致所吸收能量中的这种情况，P1＝2.25*R1*Vx^2[(Ro+R1/2)^2]。另一个计算示出了该P1函数在R1＝2*R0处具有单独最大值。相似地，N连接线在R1＝N*RO时将产生最大的吸收能量。由此，这种装置可用于对计数或用作以下说明的端部点检测器。由于对于通信系统的最佳操作，没有任何终端会被用于非端部点，因此表示抽头而不是端部点的任何测量值(当R1多于1.5*R0时实现的最大值)将导致用于测量目的终端的断开连接。

对计数

特性阻抗测量可用作用于识别隐藏布线拓扑的指示器。这种应用在图9中示出为系统90。布线系统92包括未知的计数N的区别对，表示为91a、91b直到91c，假设其每一个都具有相同特性阻抗值Rt，且所有都连接到共用连接点93。CIM 30被连接到连接点93，与TUT连接相似。由于所有布线91的特性阻抗并联连接，因此在点93中测量的等效阻抗等于Rt/N。由此，通过测量特性阻抗值(由电压Vm表示)，可推断出对计数。例如，在五个相同电缆每一个都具有100欧姆特性阻抗的情况下，由CIM30测量的等效值将是100/5＝20欧姆。这种装置也可采用以识别隐藏布线拓扑情况下的端部点，这是由于这种点反映出所有特征值Rt。

频分多路复用(FDM)。

上述的系统40是基于将信号传输到用于通信操作相同频谱上的传输线中。这样，需要进行测量以避免与通信信号的冲突。这种测量复杂且还限制了操作测量系统或传输线上通信网络的有效性。在一个或多个实施例中，采用频分/域复用(FDM)装置，其中通信信号由某频率承载，该频带与通过终端测量系统使用的不同。频谱分配100的实例于图10中示出，沿着频率轴101示出。通信系统可使用在频率f1和f2之间分配的频带103。用于自动终端系统的频率分配使用在频率f2之上的带102。

在图11中示出利用在上述FDM概念上的系统110。通信系统基于调制解调器113经由带通滤波器(BPF)112传输/接收信号至/自传输线42，仅传输在频带103中的信号。终端43还经由BPF 112连接到传输线42。自动终端系统基于CIM 30，经由带通滤波器(BPF)111连接到传输线42，仅通过与终端系统相关的信号，这些信号存在于频带102中(频率f2之上)。在图10中示出的频率分配100中，BPF 111可实施为高通滤波器(HPF)和BPF 112可实施为低通滤波器(LPF)。

在不同且不重叠的频带中工作，通信和自动终端系统都能同时工作，都接合到相同的传输线。由于通过自动终端系统(包括CIM 30和TS 43)获得的终端值涉及到某一频谱，该频谱不同于通信系统使用的频带，需要调整所测量值以由测量带改为通信带。这种调整可使用公知的公式，预先确定的缩放比例或任何其他配合、外推或近似机理。

虽然上述描述包括其中自动终端系统在通信系统频带之上使用频带的情况，但是可使用其他频带分配。例如，终端系统可使用频带104作为部分分配100，位于通信系统频带下方，在这种情况下，BPF 112可通过HPF(频率f1上通过的信号)实施，并且BPF 111可以用频率f1之下的LPF来实现通过信号。

而且，测量系统可使用在通信系统频带之下和之上的两个带。这两个带中的测量可同时进行(例如通过两个独立的CIM)，或者使用单个CIM 30和两个不同的滤波器来进行，这两个滤波器是在不同时间操作。终端值的计算可使用两种测量(低和高频带)，诸如基于两个读数的插值法(例如，平均)。

研究隐藏布线。

本发明的一个应用包括研究未知的且不容易达到的布线结构。建筑中现有的电话布线是一个实例。这种现有电话布线隐藏在房间的墙壁中，且需要很多努力来显露出布线的拓扑。这种现有电话布线结构的实例在图13中示出为系统130，涉及在建筑132墙壁中的电话布线结构。室内电话布线经由一个或多个电话导线对连接到PSTN(公共交换电话网络)131，一般称为“本地回路”或“用户回路”。在室内经由电话出口134a、134b、134c和134d可达到电话布线。每个这种出口134都连接到内壁布线，并允许经由前连接器135与其连接(在北美通常为RJ-11插座)，适合于通过合适的插头(在北美中的RJ-11插头)连接电话机。如示出的系统130，RJ-11插座135a、135b、135c和135d分别是出口134a、134b、134c和134d的一部分。在大多数情况下，电话插座是面板的一部分，该面板经由螺丝136aa和136ab固定到内壁结构上，相应的螺丝在图中未示出，可用于所有其他出口。电话布线段133a连接外部本地回路(通常经由外部连接盒)至出口134a。电话布线133b连接出口134a和134b，且这样，RJ-11插座实际上是用于布线段133a和133b的连接点。相似地，布线段133c连接出口134b和134c，且布线段133d连接出口134b和134d。由此，出口134b用作用于三段133b、133c和133d的连接点。

很多情况下，研究室内布线拓扑是有益的。例如，在其中电话布线用于数据通信(如上述的HomePNA)的情况下，知道布局能安装合适的终端到导线，由此减少反射并改善通信特征。但是，由于电话导线在房间墙壁中隐藏，因此没有简单且直接的方式直到建筑中的布线布局。从墙壁拆卸出出口以研究隐藏布线布局麻烦、浪费时间、昂贵且很可能需要专业人员(例如电工、电话技术员)。通过使用上述的对计数方法，使用CIM提供了研究布局的简单且快速的方式。例如，假设电话导线对特性阻抗(在所测量的带宽中)约为120欧姆。连接CIM至出口134a(直接连接至RJ-11插座135a)将导致120/2＝60欧姆的测量阻抗，这是由于两个布线段133a和133b连接到出口134a上。相似地，连接到出口134b的插座135b将测量120/3＝40欧姆，这是由于三个连接段133b、133d和133c。相似地，出口134d和134c将产生120欧姆，这是由于单个段连接到出口(120/1＝120欧姆)。由此，CIM能提供关于连接到指定出口的布线段数目的数据。在上述实例中，在所有房间出口中的一组测试将清楚地表示仅出口134d和134c连接到单个布线段，且因而仅为需要终端的那些。

除了拓扑寻找之外，CIM还用于测量任何隐藏布线段的真实特性阻抗，如内壁电话布线结构130。通过例如连接至出口134c的连接器135c(公知为连接到单个布线段)，CIM能用于测量连接到出口的布线段133c的特性阻抗，由此允许适应于合适的终端值。

虽然已经关于电话布线描述了本发明，但是将理解，相同问题和益处用于在建筑中的电布线，用于分散在房间内的AC电源(例如北美是115VAC 60Hz且欧洲是220VAC/50Hz)。这种现有电话布线结构的实例在图14中示出为系统140，包括在建筑132墙壁中的AC电源布线结构。房间内AC电源布线经由连接至连接盒147a的单个(或多个)AC电源导线对(典型地，第三导体接地或地电势)连接至外部功率分配系统141(典型地通过最近的发送器)，用作“分界点”。AC电源布线在房间内经由AC电源出口144a、144b、144c和144d达到。每个这种出口144都连接到内壁布线，并允许经由前面连接器145连接至这些出口，通常插口具有两个或三个凹连接器适合于经由各自的管脚连接附属设备和适合的AC电源插头。如对于系统140所示，AC电源插口145a、145b、145c和145d分别是出口144a、144b、144c和144d的一部分。在很多情况下，AC电源插座是面板的一部分，该面板经由螺丝146aa和146ab固定到内壁结构上，图中未示出相应的螺丝也可适用于所有其他出口。与上面示出为系统130的电话布线结构不同的是，AC电源布线通常使用连接盒，用于多个AC电源布线段连接，如连接盒147b。AC电源布线段143a连接连接盒147a至出口144a。AC电源布线143b连接出口144a和连接盒147b。相似地，布线段143c和143e分别连接出口144c和144d至连接盒147b，并且布线段143d连接出口144d到连接盒147a。由此，出口144a用作两个段143a和143b的连接点。以与上述电话布线上的数据通信相同的方式，这种AC布线可用于与AC电源分配函数同步的数据通信(例如，使用HomePlug)。这种系统中，CIM能用于(通过连接到测试出口144的相关AC连接器145)来确定哪一个AC电源出口位于导线如出口144b、144c和144d的端部(并由此应很好地终端)，和哪一个出口(如出口144a)不应当被终端，这是由于它不是一个通信端部点。此外，CIM可用于测量AC电源段的特性阻抗，由此能在任何需要的时候安装适当的终端。

虽然已经关于电话和AC电源布线演示了本发明，但是将理解，本发明同样能用于任何隐藏布线如位于内壁的布线，且尤其能用有线电视(CATV)布线。CATV布线用于分配CATV和贯穿房间的数据信号，并且其基于共轴电缆介质和具有RF连接器如BNC和F型的CATV出口。相似地，本发明将发现布线部分地隐藏和/或对该布线以一定的方式确定路线，(例如通过多个相互邻近的房间或地板)，该方式造成即使可以看见该布线，也不是很容易辨别该布线的拓扑。由此，用在本发明说明书中和附属权利要求中时术语“内壁”也包括这种应用。

在用于服务布线的上述内壁布线应用中，包括CATV、AC电源或电话布线，该方法70步骤72包括连接内壁布线，典型地经由电话布线应用中的电话出口134的电话连接器135，或者经由AC电源应用中AC电源出口144中的AC电源连接器145，或者经由是CATV出口的一部分的RF连接器。相似地，涉及CIM断开连接操作77包括与出口中的连接器断开。

外壳/封装

具有或不具有示出系统40以及系统80b的终端设置装置的上述CIM 30可以被容纳和/或集成到封装(部分或全部)中，如该申请所担保的。在一些实施例中，CIM将单独容纳，分离地封装且是孤立器件。用于测试连接布线段数目和住宅建筑中电话布线系统特性阻抗的，用作手柄测试装置的这种示范性器件150，如上所述，涉及到布线系统130，于图15中示出。器件150通过RJ-11插头151连接到电话出口134 RJ-11插座连接器135，且紧接着操作示出了在数字显示器153中单位为欧姆的测试特性阻抗。相似地，对计数在每个上述方法中被测量，且对的技术通过适当视觉显示器(如LED)中的光被显示，其中指示器152a、152b、152c和152d分别表示1、2、3和4对计数。

在其他实施例中，CIM30(具有或不具有终端设置如系统40)和系统80b是不分离的，而是将它们与调制解调器或与用于在布线或传输线上进行数据通信的接收器相集成。在这种情况下，包括调制解调器的外壳也将被用于容纳CIM及其所涉及和所相关的部件。

与上述关于调制解调器的外壳在有源服务布线上实现承载数据的讨论相似(包括电话，AC电源和CATV)，CIM相关的电路可被嵌于(全部或部分)一个出口中(该出口具有或不具有各自的调制解调器)或可与服务出口(包括电话，AC电源和CATV出口)机械和电学连接/分开的模块中。与北美的AC电源出口一起使用的这种出口搭锁模块的实例在图16中示出为模块160。模块160通过两个功率管脚161a和161b机械连接和电连接到AC电源出口144(如图14中所示)，以插入到AC电源插座145各自的凹连接器中。显示出模块160以包括电源线调制解调器(如HomePlug基调制解调器)，允许数据单元经由IEEE802.3 10/100BaseT RJ-45插座162连接，以在AC电源介质上通信。这种模块160通常包括一个或多个可见指示器如所示出的163a，以向用户报告系统状态。

操作模式

可使用涉及特性阻抗测量的各种操作计时模式。

连续模式：在这种实施例中，特性阻抗被连续测量。这种操作通过在操作序列70中激活“延迟”69来获得。这样，一旦完成测量序列，自操作72或操作74的序列重新开始，导致传输并测量另一脉冲。在其中不期望有反射的情况下(例如，长的传输线或良好的终端线)，延迟是最小值或甚至为零。在其中发生反射的情况下，计算延迟，从而根据检测操作75将感测不到反射。相似地，连续操作可以使用周期性操作，其中在固定(或可变)间隔处激活该系统，基于在操作69中遭受的延迟。在其中传输线也用于数据通信的情况下，应当注意为特性阻抗测量传输的脉冲不干扰数据通信系统的操作。如果系统单独用于测量(如作为测试装置)如用于对计数，则不需要这种预防。应当注意，测量/设置终端值系统80b也能连续(或者周期性)工作，而不影响数据通信操作。

在操作的连续模式中，终端值的设定也可是连续的，其中设置值追踪连续或周期测量的特性阻抗，或者可替代地，可以根据测量高于阈值的变化或根据外部控制指令来设置终端值。

一次操作模式：在这种实施例中，图7中示出的操作序列70操作一次，并且在程序完成后恢复其非操作状态。这种模式下，消除了对操作69的需要。启动该过程的“开始”操作71可自动操作或根据外部控制(CIM单元外部)的需求来操作。在一个实施例中，测量的初始化由对该单元充电来启动。在另一实施例中，可在每次通信会话初始化处由调制解调器来启动测量(和启动终端值设置)，在再一实施例中，系统将根据用户的人工请求(例如按键)着手操作。相似地，用于系统80b，对于短周期仅允许一次回路操作，且之后将锁定设置值。

信息包基操作：虽然展示了有关CIM30的本发明，CIM30产生特殊的专用脉冲，仅用于特性阻抗测量的目的，但是本发明同样可用于某种情形将是可以理解的，其中用于测量的能量是调制解调器规则数据通信操作的一部分。尤其，在信息包或突发(burst)基通信中，其中发送器不是连续地传输而是间歇地传输，信息包传输也能用于测量特性阻抗的目的。通常，用在本领域中的信息包如IEEE802.3包括四个部分(通常称作字段)，图17中示出为信息包170。第一传输部分是报头171，用于同步和接收器训练，之后是标题字段172，包括附加(overhead)和管理信息例如地址。接下来传输真实数据173，之后是尾部字段174(例如包括检验和)。在信息包开始之后不久，能够执行测量，基于作为报头的一部分传输的能量，例如等时线175中所示。在这种结构中，可基于信息包定时来进行该测量。例如，可根据每次信息包发送或每次多个信息包设置来启动操作。

如果需要，终端值的设置也可以是连续的，一次或者信息包基。在每种情况下，设置值可以追踪连续的、周期性的或者一次测量的特性阻抗，或者可替代地，可根据测量高于阈值变化来设置，或者根据外部控制指令来设置终端值。

执行准则的实例在图18中示出为系统180。示出了CIM 30，其中通过将脉冲接合到输入31(“测量”)来启动操作。如基于本领域中公知的555族集成电路定时器，可将脉冲产生器184连接到“测量”端口31，重复且周期性地将脉冲发送到CIM 30，执行连续和/或操作的周期模式。可替代地，提供了一种加电电路，包括电阻器181、电容器182和反相门(inverting gate)185(优选具有施密特触发器功能)诸如74HC 14。在加电之前，将电容器182放电。一旦给电路提供动力，电容器182就充电，导致门185输出以产生短的“测量”脉冲，由此根据每次系统加电开始一次操作。此外，可通过与电容器182并联地连接开关按钮183来增加人工启动。一旦开关183触点关闭，电容器放电且“测量”脉冲再次产生。

虽然已经用各种操作模式如连续性、周期性、人工、一次性和每个信息包操作演示了本发明，但是将理解，本发明同样可用于上述模式的任意组合。例如，可用通电来启动该系统，并且接着周期地或话路计时通信。而且，根据外部控制，操作期间，系统可从一个模式向另一个模式切换。

对于包括数字数据通信的很多应用，线的特性阻抗可实际上被认为具有纯电阻。虽然上面已经设计纯电阻基终端演示了本发明，但是可以意识到，本发明同样可用于任一种类型的终端，包括包含复杂阻抗的终端，例如使用图5的实施例。此外，线性和非线性终端都被考虑。而且，虽然上面已经关于使终端值与线的特性阻抗相匹配以降低反射演示了本发明，但是将理解，可同样将本发明用于其任何应用，其中不配置匹配终端。在这些应用中，测量的特性阻抗值可用作终端值的基础以进行安装，由此能控制失配和所产生反射的电平，代替了试图将其全部消除。例如，在数字数据传输中可使用轻微失配，以提高信号的上升/下降时间。

虽然上面已经关于平行终端演示了本发明，其中终端直接连接到包括有线传输线的两个导体，但是将理解，本发明同样可用于任一种类型的终端设置或布局，如串联(也叫做背面匹配)、功率、和双向，如National Semiconductor Corporation ApplicationNote 902(1993年8月)、名称为“A Comparison of DifferentialTermination Technique”中描述的。而且，本发明能用在平衡和不平衡的线中，以及有损耗和无损耗的线中。

虽然上面已经关于包括在有线传输线上传播的电信号的数字数据通信演示了本发明，但是将理解，本发明同样可用于任一种类型的电信号，包括模拟信号。

虽然已经关于包括两个导体和承载电信号的金属传输线描述了本发明，但是将理解，本发明同样能用于任一种类型的传输线，包括任何电波传输系统，其中通过波传输定向来导向或抑制电磁波能量。这种波传输线包括无源或有源的波传输网络，该网络模拟长线波传输系统或波定向的特性，这些系统和定向例如人工线、延迟网络、共振器、阻抗匹配网络、补偿器、负载线和滤波器。

虽然已经关于由单个无源元件(如电阻器)构成的终端描述了本发明，但是将理解，本发明同样可用于任一种类型的终端设置，包括无源或有源元件，包括阻抗匹配网络，混合网络、接合网络、整形网络、相移网络、滤波器、补偿器和衰减器。有源元件包括一些装置，这些装置用于产生横跨至少两个系统终端的负电阻，和/或电感或电容，其中上述的每一个可以是正的或负的。

Claims

1.一种用于估计连接到单个连接点(93)的导线对(91a、91c、91c)数量的方法(70)，其中所有导线对具有相似的标称特性阻抗ZO，该方法包括：

连接(73)特性阻抗测量装置至连接点；

测量(75)由连接点处的导线对表示的集总阻抗Z；和

计算ZO/Z(78)以提供连接至连接点的导线对的数目估计。

2.如权利要求1的方法，进一步包括存储(76)所测量的阻抗值或导线对数目估计的表述。

3.如权利要求1或2的方法，还包括提供所测量的阻抗值或导线对(152)数目估计的视觉显示(153)。

4.如权利要求1至3中任一项的方法，其中导线对(133，143)至少部分地隐藏在建筑(132)的墙壁中，连接点是出口(134，144)，该出口具有前面板，且连接到连接点包括连接到在出口前面板上的连接器(135，145)。

5.如权利要求4的方法，其中导线对形成电话(130)，AC电源(140)或CATV布线基础结构的一部分，且出口分别是电话(134)、AC电源(144)或CATV出口。

6.如权利要求5的方法，其中基础结构在第一频带中承载信号，和测量集总阻抗包括将能量以不同于第一频带不同的第二频带传输至连接点。

7.如权利要求1至6中任一项的方法，进一步包括：

识别(78)具有单个连接的布线端点，其中连接点集总阻抗是ZO，和

将终端连接(79)至所识别的布线端点的连接点。

8.如权利要求1的方法，其中导线对至少部分隐藏在建筑的墙壁中，连接点是出口，和将特性阻抗测量装置连接至连接点包括将测试装置结合至出口中。

9.如权利要求1的方法，其中用于通信的调制解调器(113)被连接到连接点，和所述方法还包括一个从连接点断开连接(72)调制解调器的初步操作，和一个将调制解调器重新连接到连接点的随后操作。

10.如权利要求1的方法，其中周期性地，或者根据外部信号的施加、或者根据手动操作、或根据测量装置的加电来启动测量和计算。

11.一种用于估计连接到单个连接点(93)的导线对(91a，91b，91c)数量的装置(30)，其中具有相似的标称特性阻抗的一个或多个导线对全部连接到该单个连接点，所述装置包括：

用于连接到连接点的端口(39)，

集总阻抗测量单元(30)，接合到所述端口，用于瞬时测量连接点集总阻抗Z，和

ZO/Z计算器接合到集总阻抗测量单元，用于计算ZO/Z以估计所连接的导线对计数。

12.如权利要求11的装置，还包括接合到所述集总阻抗测量单元的存储器(38)，用于存储测量的集总阻抗值或所计算的导线对数目的表示。

13.如权利要求11或12的装置，还包括用于显示所测量集总阻抗值(153)或所计算的导线对数目(152)的视觉显示器。

14.如权利要求11或13的装置，用于当导线对至少部分隐藏在建筑(130，140)的墙壁中时使用，连接点是出口(134，144)，其具有前面板，其中所述端口包括连接器(161)，其与出口前面板上的补偿连接器(135，145)相匹配。

15.如权利要求14的装置，其中导线对形成电话、AC电源、CATV布线基础结构的一部分，出口分别是电话、AC电源或CATV出口，且所述连接器分别是电话、AC电源或CATV插头。

16.如权利要求15的装置，其中基础结构在第一频带中承载信号，并且所述集总阻抗测量单元包括：

接合到所述连接器的能量发送器(32)，用于将能量传输到连接点，所述能量以不同于第一频带的第二频带承载。

17.如权利要求11至16中任一项的装置，进一步包括：用于识别具有单个连接的布线端点的设备，其中连接点集总阻抗是ZO，和

用于将终端连接到识别的布线端点连接点的设备。

18.如权利要求11至17中任一项的装置，用于当导线对至少部分隐藏在建筑的墙壁中时使用，其中连接点是出口，和所述装置至少部分结合到出口中。

19.如权利要求11至18中任一项的装置，用于与调制解调器一起使用，该调制解调器用于在导线对上通信，其中该装置还包括一个选择连接的单元，用于从连接点断开连接调制解调器并将调制解调器重新连接至连接点。

20.如权利要求11至19中任一项的装置，进一步包括选择器，用于周期性地、或根据外部信号的施加、或根据人工操作或根据装置的加电来操作所述装置。

21.一种使用闭合控制回路，将终端相配到有线传输线的方法，传输线被连接以承载信号并具有标称特性阻抗，该方法包括：

将具有可控制阻抗值的终端连接至传输线；

测量由终端耗散的功率；和

改变终端阻抗值以获得通过终端的最大功率耗散。

22.如权利要求21的方法，进一步包括存储该终端值的表述。

23.如权利要求21或22的方法，其中所述测量包括直接测量横跨终端的电压和流过终端的电流中的至少一个。

24.如权利要求21或22的方法，其中所述测量包括通过测量受耗散功率影响的物理现象来间接测量耗散功率。

25.一种用于使用闭合控制回路将终端相配至有线传输线(11a，11b)的装置(80b)，传输线被连接以承载信号并具有标称特性阻抗，所述装置包括：

端口(81a、81b)，用于连接至有线传输线，

终端(83)，具有与所述端口接合的可变阻抗值并具有控制端口(89)，

接合到所述终端用于测量耗散功率的设备(82，85)，和

控制设备(87)，其接合到用于测量的所述设备和所述控制端口之间，该控制端口用于闭合回路控制，运作于改变所述终端的阻抗值，当电源提供到传输线时，将所述终端中耗散的功率最大化。

26.如权利要求25的装置，还包括用于存储终端阻抗值表述的存储器。

27.如权利要求25或26的装置，其中在所述终端中耗散的功率通过测量横跨所述终端的电压和通过所述终端的电流中的至少一个来直接测量。

28.如权利要求25或26的装置，其中在所述终端中耗散的功率通过测量受耗散功率影响的物理现象来间接测量。

29.一种用于估计最佳阻抗值的方法(70)，该最佳阻抗值用于具有集总阻抗Z的有线传输线的终端，包括：

连接(73)特性阻抗测量装置至有线传输线，

瞬时测量(75)集总阻抗Z，并

基于所测量的值Z来估计(78)最佳终端值。

30.如权利要求29的方法，还包括存储(76)所测量集总阻抗值的表述。

31.如权利要求29或30的方法，其中估计的值等于所测量的值Z。

32.如权利要求29至31中任一项的方法，还包括将具有估计值的终端连接(79)至有线传输线。

33.如权利要求29或32的方法，其中有线传输线包括一个导线对，其至少部分隐藏在建筑墙壁中、并连接到具有前面板的出口(134，144)，和所述连接特性阻抗测量装置至有线传输线包括连接该装置至出口前面面板上的连接器(135，145)。

34.如权利要求33的方法，其中导线对是电话、AC电源、或CATV布线基础结构中的一部分，且所述出口分别是电话、AC电源或CATV出口。

35.如权利要求34的方法，其中基础结构在第一频带中承载信号，且所述测量步骤包括传输(74)能量至传输线，该能量在不同于第一频带的第二频带中。

36.如权利要求29的方法，其中有线传输线包括至少部分隐藏在建筑的墙壁中的导线对(133，143)，导线对中的至少其中之一连接到出口，和所述方法包括结合测量装置到出口中的初步操作。

37.如权利要求29的方法，与用于在有线传输线上的通信的调制解调器一起使用，其中有线传输线包括导线对，和所述方法还包括：通过将调制解调器与有线传输线断开连接(72)来启动所述测量操作；和在所述测量操作之后将调制解调器重新连接至传输线。

38.如权利要求29的方法，其中所述测量和估计操作是周期性地、或根据外部信号的施加、或根据手动操作或根据测量装置的加电来启动的。

39.一种用于估计至有线传输线的终端的装置(50)，该装置包括：

端口(39)，用于连接至有线传输线，

阻抗测量单元(82，85)，接合到所述端口，用于瞬时测量传输线的集总阻抗Z，和

接合到所述阻抗测量单元的装置(37)，用于基于所测量的值Z估计传输线的最佳终端值。

40.如权利要求39的装置，还包括接合的存储器(38)，用于存储测量的集总阻抗值。

41.如权利要求39或40的装置，其中估计的值等于所测量的值Z。

42.如权利要求39至41中任一项的装置，还包括用于将具有估计值的终端(53)连接到有线传输线的设备(60)。

43.如权利要求39至42中任一项的装置，其中有线传输线包括导线对，其至少部分隐藏在建筑的墙壁中、并连接到具有前面板的出口，和所述端口包括用于连接到在出口前面板上的又一连接器的连接器。

44.如权利要求43的装置，其中导线对是电话、AC电源、或CATV布线基础结构中的一部分，和出口分别是电话、AC电源或CATV出口。

45.如权利要求44的装置，其中基础结构在第一频带承载信号，和所述阻抗测量单元包括：

接合到所述连接器的能量发送器，用于将能量传输至有线传输线；该能量以不同于第一频带的第二频带承载。

46.根据权利要求39至45中任一项的装置，与出口结合。

47.如权利要求39至46中任一项的装置，与用于在有线传输线上通信的调制解调器一起使用，其中所述装置进一步包括用于将调制解调器与有线传输线断开连接、并将调制解调器重新连接至传输线的开关。

48.如权利要求39至47中任一项的装置，进一步包括选择器，用于周期性地、或根据外部信号的施加、或根据手动操作、或根据给装置加电来操作所述装置。