DSL模擬與電源管理白皮書(shū)

雖然數字科技是ADSL的技術(shù)基礎，但仍要靠著(zhù)互補搭配的模擬與混合信號技術(shù)，服務(wù)供貨商才能以低成本大幅建置ADSL線(xiàn)路，并提供服務(wù)給高達九成的客戶(hù)。從許多方面來(lái)看，ADSL設計的模擬與混合信號部份是達成系統總目標的跳板；設計良好的模擬與混合信號電路可大幅減少系統的電力消耗，讓工程師用更少零件做出功能整合性更高的產(chǎn)品，進(jìn)而降低系統每個(gè)聯(lián)機端口的成本。服務(wù)供貨商的目標是減少用戶(hù)聯(lián)機價(jià)格，同時(shí)又增加自己的利潤，因此每個(gè)聯(lián)機埠的成本就成為他們最重視的考慮。

低功率的重要性

ADSL系統設計人員最初只關(guān)心一件事：從局端至遠距端點(diǎn)或客戶(hù)端調制解調器，如何在這條長(cháng)長(cháng)（18,000英呎）線(xiàn)路上提供很高的數據傳輸效能。隨著(zhù)ADSL用戶(hù)的增加，廠(chǎng)商很快發(fā)現由于局端設備的空間、電源及散熱能力都十分有限，它們反而需要更高度的功能整合以及更省電的設計。舉例來(lái)說(shuō)，第一代ADSL電路板只能服務(wù)四條線(xiàn)路，今天的電路板卻可提供72個(gè)線(xiàn)路頻道，證明電源與空間是更重要的考慮因素。

為了達到ADSL覆蓋率超過(guò)九成的目標，OEM廠(chǎng)商目前把重點(diǎn)放在中距離以及短距離的聯(lián)機設備，它們可將8-Mbps全速率聯(lián)機服務(wù)提供給更多用戶(hù)，特別是距離太遠而無(wú)法使用局端線(xiàn)路的用戶(hù)。服務(wù)供貨商利用中距離基礎設施來(lái)連接這些用戶(hù)，例如「數字回路載波」（DLC），其支持范圍最遠可達12,000英呎；其余用戶(hù)則使用「光學(xué)網(wǎng)絡(luò )接取裝置」（ONU）來(lái)聯(lián)機，他們主要分布在「多個(gè)居住單位」（MDU）的環(huán)境，距離通常不超過(guò)6,000英呎。受到實(shí)際環(huán)境影響，這些設備的空間多半更為狹小，必須采用更省電且更高線(xiàn)路密度的設計。

讓ADSL基礎設施采用智能型、高效率、且功能高度整合的模擬與電源管理設計，就可以解決設備的空間以及電源問(wèn)題，確保ADSL線(xiàn)路的普及；利用這些設計，OEM廠(chǎng)商可制造低成本、高線(xiàn)路密度的產(chǎn)品，使服務(wù)供貨商得以將價(jià)格更低廉的線(xiàn)路提供給更多使用者。

因此對制造商及服務(wù)供貨商來(lái)說(shuō)，ADSL解決方案供貨商的選擇就非常重要，他們必須具備系統知識、制程技術(shù)以及功能整合的經(jīng)驗，能協(xié)助做出最有效的DSL電源管理與模擬解決方案。TI擁有五個(gè)世代完整ADSL解決方案的發(fā)展經(jīng)驗、世界水平的模擬與電源管理技術(shù)以及先進(jìn)的半導體制程技術(shù)，可為今日ADSL系統帶來(lái)最先進(jìn)的模擬與電源管理解決方案。

TI為ADSL系統設計提供多種高效能模擬解決方案，包括系列完整的線(xiàn)路驅動(dòng)器與接收器、整合式線(xiàn)路驅動(dòng)器／接收器、高效能省電型編碼譯碼器以及各種電源管理產(chǎn)品，它們都是完整ADSL模擬解決方案的一部份。為提供最好的功能整合與省電特性，這些產(chǎn)品設計也緊密配合TI以DSP為基礎的數字DSL收發(fā)器；此外，設計人員若須對系統做較大幅度修改，也可以從TI模擬與電源管理產(chǎn)品中選擇特定零件，這些產(chǎn)品不但支持所有的ADSL標準，還可做為完整的ADSL解決方案或是獨立零組件，把省電特性帶給部份或是整個(gè)系統。

線(xiàn)路驅動(dòng)器／接收器

要減少系統電力消耗，增加電路板密度，最大挑戰來(lái)自線(xiàn)路驅動(dòng)器與接收器設計，這些組件會(huì )接至實(shí)際線(xiàn)路，讓ADSL信號能在線(xiàn)路上來(lái)回傳送。在早期推出的局端設備設計里，線(xiàn)路驅動(dòng)器需要2.5-W電力，才能推動(dòng)全速率「離散多音頻」（DMT）ADSL信號；今天，整合式線(xiàn)路驅動(dòng)器／接收器仍是系統電力消耗的主要來(lái)源，但隨著(zhù)設計的改良與電路拓樸的進(jìn)步，若采用功能高度整合的線(xiàn)路驅動(dòng)器／接收器，例如TI的TPS7102與TPS7103，那么每個(gè)通訊頻道只須少于1-W的電力，就可執行同樣的功能。

透過(guò)設計拓樸的改良以及組件的整合，系統效能可以大幅提升。舉例來(lái)說(shuō)，TI就是逐漸延著(zhù)放大器技術(shù)曲線(xiàn)來(lái)發(fā)展線(xiàn)路驅動(dòng)器產(chǎn)品，從A/B類(lèi)線(xiàn)路驅動(dòng)器開(kāi)始，然后是B類(lèi)驅動(dòng)器，現在則是采用全主動(dòng)終端技術(shù)的驅動(dòng)器，例如TPS7102與TPS7103。主動(dòng)終端技術(shù)又稱(chēng)為合成阻抗，此種線(xiàn)路驅動(dòng)器技術(shù)幾乎不需要耗電量大的匹配阻抗，這與以前的線(xiàn)路終端方式有所不同；而且省下匹配阻抗之后，線(xiàn)路驅動(dòng)器的輸出電壓要求也會(huì )隨之降低，于是TPS7102與TPS7103只須一個(gè) +15V電源，就能推動(dòng)以全速率下傳的ADSL離散多音頻信號。

在模擬系統效能的最佳化過(guò)程里，功能整合也很重要。除了一個(gè)低功率差動(dòng)接收器和一個(gè)采用主動(dòng)終端技術(shù)的低功率差動(dòng)線(xiàn)路驅動(dòng)器之外，TPS7102與TPS7103也內建多個(gè)發(fā)射濾波器、接收濾波器以及整合式的發(fā)射／接收增益電阻，這些功能以前是由離散零件提供。

雖然線(xiàn)路驅動(dòng)器／接收器仍是設計最佳化的一個(gè)重要領(lǐng)域，但電路拓樸、功能整合及系統知識的發(fā)展也可以減少設備體積與電力消耗。這些進(jìn)步將對OEM廠(chǎng)商與服務(wù)供貨商的目標產(chǎn)生重大沖擊，包括減少每個(gè)聯(lián)機埠的電力消耗，同時(shí)增加每張電路板、每個(gè)機柜以及每套系統的通訊頻道數目 － 解決這些問(wèn)題才能真正加快ADSL線(xiàn)路的建置。

電源管理解決方案

要讓ADSL設計發(fā)揮最大潛力，電源管理功能的最佳化是重要因素。所有ADSL系統都非常重視散熱、電路板面積與系統保護，而透過(guò)先進(jìn)的電源管理技術(shù)，設計人員可大幅增加系統工作效能。

TI的「主動(dòng)電源管理」（Active Power Management）技術(shù)是一個(gè)很好例子，證明智能型電源管理解決方案可大幅降低每個(gè)聯(lián)機埠的電力消耗，減少產(chǎn)生熱量，讓廠(chǎng)商發(fā)展出線(xiàn)路密度更高的解決方案。TI TPS54900允許一套ADSL系統根據信號驅動(dòng)要求，動(dòng)態(tài)調整線(xiàn)路驅動(dòng)器的供應電壓；測試線(xiàn)路時(shí)，這顆ADSL收發(fā)器會(huì )先計算回路長(cháng)度，再要求一個(gè)最適當電壓來(lái)驅動(dòng)這條線(xiàn)路。舉例來(lái)說(shuō)，采用固定電壓的驅動(dòng)器可能需要15-V工作電壓，但TI TPS54900的主動(dòng)電源管理技術(shù)在計算回路長(cháng)度后，可能認為8.5-V已經(jīng)足夠；由于每條線(xiàn)路都可降低6.5-V電壓，若乘上每條線(xiàn)路200-mW的平均電流，那么具有1,000條線(xiàn)路的系統就能節省15% 總電源，廠(chǎng)商也能做出線(xiàn)路密度增加15% 的解決方案。

系統設計人員希望在設計簡(jiǎn)單性以及系統工作效能之間取得平衡，TI的ADSL電源管理解決方案讓他們在這方面享有最大彈性。設計人員有一系列的集成電路解決方案可供選擇，他們可以根據自己的需求，發(fā)展高度最佳化的應用系統。這些產(chǎn)品包括「隔離式開(kāi)關(guān)控制器」（isolated switching controller）、監督電路、低壓降穩壓器（LDO）、熱抽取控制器、直流電源轉換開(kāi)關(guān)控制器以及內建MOSFET開(kāi)關(guān)的直流電源轉換器。如果設計人員要簡(jiǎn)化設計過(guò)程，加快產(chǎn)品上市時(shí)間，也可以選用實(shí)作容易、可靠性高、而且功能完全整合的「直接插入式」（plug-in）電源解決方案，

TI為它的電源管理產(chǎn)品提供完整支持，包括豐富的設計資源與系統知識經(jīng)驗，使設計工程師得以改進(jìn)系統工作效能。他們還可以利用創(chuàng )新的封裝技術(shù)來(lái)節省電路板面積，例如PowerPADTM封裝就提供一個(gè)外露的散熱墊，它可以增加散熱能力，使組件不再需要體積龐大的散熱片；此外，為了增加設計彈性，采用ExcaliburTM封裝的TI直接插入式電源解決方案也提供表面黏著(zhù)式以及「垂直安裝式」（vertical-mount）的SIP封裝選項。

編碼／譯碼器（codecs）

在模擬ADSL系統設計中，編碼與譯碼電路的困難程度并不會(huì )超過(guò)其它功能，例如線(xiàn)路驅動(dòng)器，但它仍是功能整合以節省電路板面積或是節省電源的一個(gè)目標；做為整個(gè)智能型模擬設計的一部份，它是進(jìn)一步減少電源和電路板面積需求的重要方法之一。

TI新推出的TLV320AD18就是一個(gè)例子，這顆編碼／譯碼器擁有八個(gè)數據信道，可以在1.5-V電壓下工作，而且每個(gè)通道的電源都可獨立切斷，以減少電力消耗及散熱量。除了節省電源外，這顆組件也整合許多其它功能，若用它來(lái)設計局端設備，可省下原來(lái)所須的36顆離散零件，使電路板面積平均減少一平方英吋。

設計支持

除了先進(jìn)芯片技術(shù)外，若要完成最先進(jìn)的模擬ADSL設計，那么適當的設計支持也非常重要。TI是從系統階層觀(guān)點(diǎn)來(lái)處理ADSL設計問(wèn)題，并擁有五個(gè)世代完整DSL解決方案所累積的多年實(shí)際經(jīng)驗，因此TI可為設計人員的發(fā)展計劃提供適當支持。硬件支持包括評估模塊與完整的參考設計，設計人員可直接用TI設計來(lái)開(kāi)發(fā)產(chǎn)品；另外還有模擬與電源管理方面的資源，例如參考設計、應用說(shuō)明、使用者指南與組件數據手冊。

結論

總結來(lái)看，一套ADSL系統能否成功，主要在于服務(wù)供貨商必須為每個(gè)聯(lián)機埠支付多少成本。電源消耗決定了系統的功能整合密度，功能整合則會(huì )影響一套系統可以提供多少個(gè)聯(lián)機埠，這兩項都是關(guān)鍵因素，決定了服務(wù)供貨商必須付出多少成本，才能把一個(gè)聯(lián)機埠提供給一位最終用戶(hù)。無(wú)論是OEM廠(chǎng)商要完成其設計目標，或是服務(wù)供貨商要達成其商業(yè)目標，智能型模擬與電源管理系統設計都是一個(gè)重要影響因素。