DSL 模擬與功率管理技術(shù)

隨著(zhù)數字技術(shù)帶來(lái)的進(jìn)步，異步數字用戶(hù)線(xiàn)路(ADSL)為越來(lái)越多的最終用戶(hù)實(shí)現了高速寬帶連接。ADSL比起傳統撥號服務(wù)具有諸多優(yōu)勢，如數據速率成倍提高、在線(xiàn)連接保持不斷且不需要增加電話(huà)線(xiàn)路，因此成為深受廣大消費者和企業(yè)青睞的技術(shù)。

盡管數字技術(shù)為 ADSL打下基礎，但是服務(wù)運營(yíng)商要有效部署ADSL，使其90%的用戶(hù)得到升級，需依賴(lài)于模擬和混合信號技術(shù)。從多種意義上講，ADSL設計中的模擬和混合信號部分是實(shí)現總體系統目標的跳板。 設計精良的模擬和混合信號可使系統功率大幅下降，減少元器件并提高集成度，因此降低系統每端口的總體成本。而每端口成本正是服務(wù)運營(yíng)商能否降低用戶(hù)價(jià)格并獲得更多利潤的最關(guān)鍵因素。

最初，ADSL的系統設計人員主要關(guān)心從中心交換局(CO)到遠程終端或客戶(hù)端調制解調器的較長(cháng)環(huán)路上(18000英尺)系統是否可以保持高性能。 隨著(zhù) ADSL的普及，人們很快認識到，中心交換局由于空間、功率和制冷能力的限制需要更高集成化和功效的設計。最早的 ADSL 電路板只能支持4條線(xiàn)路，而今天的電路板可提供72條線(xiàn)路，可見(jiàn)功率和空間是非常關(guān)鍵的因素。

為使ADSL 實(shí)現90%以上的覆蓋，OEM(代工)廠(chǎng)商正致力于生產(chǎn)用于中長(cháng)和較短環(huán)路連接的設備。節點(diǎn)的增加使更多的用戶(hù)，特別是因環(huán)路過(guò)長(cháng)的CO無(wú)法連接的用戶(hù)享受到全速率 8 Mbps服務(wù)。 對于距離在12000英尺內的用戶(hù)，服務(wù)運營(yíng)商使用數字環(huán)路載頻(DLC)這一中長(cháng)系統進(jìn)行連接。而對于那些在多居住單元(MDU) 環(huán)境中，環(huán)路長(cháng)度在6000英尺內的用戶(hù)，它們則通過(guò)光網(wǎng)絡(luò )單元(ONU)進(jìn)行連接。 由于環(huán)境特點(diǎn)，這些系統功能尤其受到空間限制，因此需要功效高而密度大的設計。

具有智能化、高效和高度集成的模擬和功率管理設計的ADSL系統可解決空間和功耗問(wèn)題，保證 ADSL進(jìn)一步普及。OEM廠(chǎng)商使用這樣的設計可推出經(jīng)濟高效、高密度產(chǎn)品，使服務(wù)運營(yíng)商向更多的客戶(hù)提供高效而廉價(jià)的服務(wù)。

同樣重要的是，制造商甚至服務(wù)運營(yíng)商要選擇適當的ADSL方案供應商。它們應了解系統，掌握工藝技術(shù)并具有集成能力，以便幫助實(shí)施最有效的DSL功率管理和模擬方案。

德州儀器(TI)為ADSL系統設計提供的高性能模擬方案包括各種線(xiàn)路驅動(dòng)器/接收器,集成線(xiàn)路驅動(dòng)器/接收器,高性能、低功率編解碼器(CODEC)和功率管理產(chǎn)品。這些產(chǎn)品作為ADSL模擬解決方案的一部分，緊密配合TI的基于DSP的DSL收發(fā)信機，以提供最大的集成和低功率性能。 另外，設計人員由于選擇TI不同的ADSL 模擬和功率管理產(chǎn)品也會(huì )對系統產(chǎn)生重大影響。

圖1展示了TI ADSL解決方案的系統結構圖，TNET5800是數字部分， 在軟件上實(shí)現了自動(dòng)的線(xiàn)路功率調整(CUT BACK)，低功率模式(Q-MODE)的支持;低功率編解碼器(CODEC)TNET5080完成模擬數字信號的轉換;單電壓Line Driver(線(xiàn)驅動(dòng)器)實(shí)現低功耗的線(xiàn)路驅動(dòng);可編程的TPS54900可實(shí)現對Line Driver的動(dòng)態(tài)電壓調節，降低平均功耗。

線(xiàn)路驅動(dòng)器和接收器為ADSL 離線(xiàn)或連線(xiàn)信號提供真正的連接，這是降低系統功耗進(jìn)而提高線(xiàn)路板密度要解決的最大難題。在最早的CO設計中，線(xiàn)路驅動(dòng)器在驅動(dòng)全速率離散多音頻(DMT) ADSL信號時(shí)耗電約2.5W。今天，集成式線(xiàn)路驅動(dòng)器/接收器依然是整個(gè)系統預算中的主要耗電源。但是，通過(guò)設計改良和設計拓撲的進(jìn)步，象TI的THS7102和THS7103這樣的高度集成式線(xiàn)路驅動(dòng)器/接收器每線(xiàn)只消耗1W就可實(shí)現同樣的功能。

設計拓撲的改善加之設計的集成使系統性能顯著(zhù)提高。隨著(zhù)放大器技術(shù)的提高,TI逐步推出各款線(xiàn)路驅動(dòng)器產(chǎn)品，從A/B 級到B 級乃至現在的THS7102和THS7103等全有源終接驅動(dòng)器。有源終接(Active Termination)或綜合阻抗線(xiàn)路驅動(dòng)器(Synthesiaed Impedance)技術(shù)消除了過(guò)去終接線(xiàn)路需要的大耗電量的匹配電阻器。除此之外，取消匹配電阻器還能降低線(xiàn)路驅動(dòng)器需要的輸出電壓，THS7102 和THS7103只需 +15V供電就可以支持全速率下行的ADSL DMT。

集成對優(yōu)化模擬系統性能還發(fā)揮著(zhù)另一個(gè)關(guān)鍵作用。除低功率差分接收器和低功率有源終接差分線(xiàn)路驅動(dòng)器外，THS7102和THS7103將過(guò)去分離實(shí)施的發(fā)射濾波器、接收濾波器和集成式發(fā)射/接收增益電阻器集成起來(lái)。

盡管線(xiàn)路驅動(dòng)器/接收器技術(shù)對于優(yōu)化設計仍很重要，但是有了拓撲、集成和系統方面的進(jìn)步才能降低系統的功耗和體積。所有這些進(jìn)步都為OEM 廠(chǎng)商及服務(wù)運營(yíng)商帶來(lái)巨大優(yōu)勢，使它們得以實(shí)現降低每端口功率并增加電路板、機架和系統信道數目的目標。解決了這些問(wèn)題將為大規模部署ADSL 鋪平道路。

優(yōu)化功率管理功能是發(fā)揮ADSL 設計潛力的關(guān)鍵。散熱、板子大小和系統保護是 ADSL系統主要尚待解決的問(wèn)題。使用先進(jìn)的功率管理技術(shù)，設計人員可使系統性能得到顯著(zhù)提高。

TI的有源功率管理技術(shù)是智能功率管理解決方案的代表。通過(guò)降低每端口驅動(dòng)功率，減少散熱并提高密度。實(shí)際ADSL線(xiàn)路上，由于距離，線(xiàn)路速率的不同，所需功耗與理論最大值比較可以大大縮小。TI的Line Ranger TPS54900可以按ADSL系統線(xiàn)路信號的需要對驅動(dòng)電壓進(jìn)行智能化調節。在線(xiàn)路連接中，TI的ADSL收發(fā)信機先計算環(huán)路長(cháng)度及速率，再申請驅動(dòng)線(xiàn)路需要的優(yōu)化電壓。例如，在全功率模式下，線(xiàn)路驅動(dòng)電壓保持在15V。而TI的TPS54900有源功率管理技術(shù)可根據環(huán)路長(cháng)度速率將驅動(dòng)電壓降低至8.5V。這樣每線(xiàn)線(xiàn)路驅動(dòng)減少6.5V的電壓，由于線(xiàn)路驅動(dòng)部分在整個(gè)系統功耗中占有極大比重，1000線(xiàn)的系統可大約節省功率15%,并由產(chǎn)生密度提高15%的解決方案。

圖2描述的是通過(guò)使用Line Ranger TPS54900在不同線(xiàn)路距離下節省的功耗。橫坐標是線(xiàn)路距離，單位是(千英尺)?？v坐標是每線(xiàn)功耗，單位(W)。藍色線(xiàn)段顯示的是AC5芯片組不使用TPS54900，僅僅依靠AC5內部自動(dòng)實(shí)現的軟件優(yōu)化時(shí)的功耗。紅色線(xiàn)段顯示的是AC5+TPS54900的功率消耗。黑色線(xiàn)段實(shí)際就是上述兩者的差，也就是使用TPS54900后節省下來(lái)的功耗。

TI的ADSL功率管理方案包括隔離轉換控制器、監測電路、低壓降調節器(LDOs)、熱插拔控制器、DC/DC 轉換控制器以及帶有集成MOSFET的DC/DC轉換器。設計人員還可以使用方便實(shí)施、可靠、全集成的即插即用電源方案，由此加快投放市場(chǎng)的時(shí)間并簡(jiǎn)化設計。

模擬ADSL 系統設計的編解碼部分不象線(xiàn)路驅動(dòng)器的功能那么復雜。但是，好的設計可以提高電路板的集成度并節省功率。這兩點(diǎn)是智能模擬設計中的重要組成部分。

TI新出臺的TLV320AD18就是一個(gè)很好的范例。8線(xiàn)編解碼器可以使用1.5V電源。每線(xiàn)可單獨調節電源以減少功耗和散熱。除節省功率外，該設備通過(guò)集成不再需要CO設計要求的36個(gè)附加分離元件，節省板面平均達一平方英寸。

除領(lǐng)先的芯片技術(shù)外，充分的設計支持對于成功的模擬ADSL設計至關(guān)重要。TI從系統角度看待ADSL設計，通過(guò)使用推出五代完整的DSL解決方案所獲得的多年實(shí)際經(jīng)驗向設計人員提供適當的支持。硬件支持包括評估模塊(EVM)和可供開(kāi)發(fā)商使用的從概念到供貨階段的參考設計。除此之外，TI還可提供與模擬和功率管理相關(guān)的資源，如參考設計、應用記錄、用戶(hù)指南及數據列表。

總之，ADSL的成功在很大程度上取決于向服務(wù)運營(yíng)商提供的每端口成本。決定系統集成密度的功率，以及有助于增加給定系統端口數量的集成度是決定服務(wù)運營(yíng)商是否可以經(jīng)濟地向最終用戶(hù)提供端口的關(guān)鍵因素。智能模擬和功率管理系統設計能使OEM廠(chǎng)商和服務(wù)運營(yíng)商與眾不同，實(shí)現各自的設計和業(yè)務(wù)發(fā)展目標。 ■

參考文獻

1 ADSL standard G.992.1

2 ADSL standard T1.413

3 AC5 Hardware Design Kit of Texas Instrument