DSL 模擬與功率管理技術(shù)
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隨著數(shù)字技術(shù)帶來(lái)的進(jìn)步，異步數(shù)字用戶線路(ADSL)為越來(lái)越多的最終用戶實(shí)現(xiàn)了高速寬帶連接。ADSL比起傳統(tǒng)撥號(hào)服務(wù)具有諸多優(yōu)勢(shì)，如數(shù)據(jù)速率成倍提高、在線連接保持不斷且不需要增加電話線路，因此成為深受廣大消費(fèi)者和企業(yè)青睞的技術(shù)。
本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/3816.htm盡管數(shù)字技術(shù)為 ADSL打下基礎(chǔ)，但是服務(wù)運(yùn)營(yíng)商要有效部署ADSL，使其90%的用戶得到升級(jí)，需依賴于模擬和混合信號(hào)技術(shù)。從多種意義上講，ADSL設(shè)計(jì)中的模擬和混合信號(hào)部分是實(shí)現(xiàn)總體系統(tǒng)目標(biāo)的跳板。 設(shè)計(jì)精良的模擬和混合信號(hào)可使系統(tǒng)功率大幅下降，減少元器件并提高集成度，因此降低系統(tǒng)每端口的總體成本。而每端口成本正是服務(wù)運(yùn)營(yíng)商能否降低用戶價(jià)格并獲得更多利潤(rùn)的最關(guān)鍵因素。
最初，ADSL的系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員主要關(guān)心從中心交換局(CO)到遠(yuǎn)程終端或客戶端調(diào)制解調(diào)器的較長(zhǎng)環(huán)路上(18000英尺)系統(tǒng)是否可以保持高性能。 隨著 ADSL的普及，人們很快認(rèn)識(shí)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(shè)計(jì)。最早的 ADSL 電路板只能支持4條線路，而今天的電路板可提供72條線路，可見功率和空間是非常關(guān)鍵的因素。
為使ADSL 實(shí)現(xiàn)90%以上的覆蓋，OEM(代工)廠商正致力于生產(chǎn)用于中長(zhǎng)和較短環(huán)路連接的設(shè)備。節(jié)點(diǎn)的增加使更多的用戶，特別是因環(huán)路過長(zhǎng)的CO無(wú)法連接的用戶享受到全速率 8 Mbps服務(wù)。 對(duì)于距離在12000英尺內(nèi)的用戶，服務(wù)運(yùn)營(yíng)商使用數(shù)字環(huán)路載頻(DLC)這一中長(zhǎng)系統(tǒng)進(jìn)行連接。而對(duì)于那些在多居住單元(MDU) 環(huán)境中，環(huán)路長(zhǎng)度在6000英尺內(nèi)的用戶，它們則通過光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)進(jìn)行連接。 由于環(huán)境特點(diǎn)，這些系統(tǒng)功能尤其受到空間限制，因此需要功效高而密度大的設(shè)計(jì)。
具有智能化、高效和高度集成的模擬和功率管理設(shè)計(jì)的ADSL系統(tǒng)可解決空間和功耗問題，保證 ADSL進(jìn)一步普及。OEM廠商使用這樣的設(shè)計(jì)可推出經(jīng)濟(jì)高效、高密度產(chǎn)品，使服務(wù)運(yùn)營(yíng)商向更多的客戶提供高效而廉價(jià)的服務(wù)。
同樣重要的是，制造商甚至服務(wù)運(yùn)營(yíng)商要選擇適當(dāng)?shù)?/font>ADSL方案供應(yīng)商。它們應(yīng)了解系統(tǒng)，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(tǒng)設(shè)計(jì)提供的高性能模擬方案包括各種線路驅(qū)動(dòng)器/接收器,集成線路驅(qū)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(jī)，以提供最大的集成和低功率性能。 另外，設(shè)計(jì)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(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生重大影響。
圖1展示了TI ADSL解決方案的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，TNET5800是數(shù)字部分， 在軟件上實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)的線路功率調(diào)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(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換;單電壓Line Driver(線驅(qū)動(dòng)器)實(shí)現(xiàn)低功耗的線路驅(qū)動(dòng);可編程的TPS54900可實(shí)現(xiàn)對(duì)Line Driver的動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)，降低平均功耗。
線路驅(qū)動(dòng)器和接收器為ADSL 離線或連線信號(hào)提供真正的連接，這是降低系統(tǒng)功耗進(jìn)而提高線路板密度要解決的最大難題。在最早的CO設(shè)計(jì)中，線路驅(qū)動(dòng)器在驅(qū)動(dòng)全速率離散多音頻(DMT) ADSL信號(hào)時(shí)耗電約2.5W。今天，集成式線路驅(qū)動(dòng)器/接收器依然是整個(gè)系統(tǒng)預(yù)算中的主要耗電源。但是，通過設(shè)計(jì)改良和設(shè)計(jì)拓?fù)涞倪M(jìn)步，象TI的THS7102和THS7103這樣的高度集成式線路驅(qū)動(dòng)器/接收器每線只消耗1W就可實(shí)現(xiàn)同樣的功能。
設(shè)計(jì)拓?fù)涞母纳萍又O(shè)計(jì)的集成使系統(tǒng)性能顯著提高。隨著放大器技術(shù)的提高,TI逐步推出各款線路驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品，從A/B 級(jí)到B 級(jí)乃至現(xiàn)在的THS7102和THS7103等全有源終接驅(qū)動(dòng)器。有源終接(Active Termination)或綜合阻抗線路驅(qū)動(dòng)器(Synthesiaed Impedance)技術(shù)消除了過去終接線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路驅(qū)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(duì)優(yōu)化模擬系統(tǒng)性能還發(fā)揮著另一個(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路驅(qū)動(dòng)器外，THS7102和THS7103將過去分離實(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)。
盡管線路驅(qū)動(dòng)器/接收器技術(shù)對(duì)于優(yōu)化設(shè)計(jì)仍很重要，但是有了拓?fù)?、集成和系統(tǒng)方面的進(jìn)步才能降低系統(tǒng)的功耗和體積。所有這些進(jìn)步都為OEM 廠商及服務(wù)運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)巨大優(yōu)勢(shì)，使它們得以實(shí)現(xiàn)降低每端口功率并增加電路板、機(jī)架和系統(tǒng)信道數(shù)目的目標(biāo)。解決了這些問題將為大規(guī)模部署ADSL 鋪平道路。
優(yōu)化功率管理功能是發(fā)揮ADSL 設(shè)計(jì)潛力的關(guān)鍵。散熱、板子大小和系統(tǒng)保護(hù)是 ADSL系統(tǒng)主要尚待解決的問題。使用先進(jìn)的功率管理技術(shù)，設(shè)計(jì)人員可使系統(tǒng)性能得到顯著提高。
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。通過降低每端口驅(qū)動(dòng)功率，減少散熱并提高密度。實(shí)際ADSL線路上，由于距離，線路速率的不同，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(tǒng)線路信號(hào)的需要對(duì)驅(qū)動(dòng)電壓進(jìn)行智能化調(diào)節(jié)。在線路連接中，TI的ADSL收發(fā)信機(jī)先計(jì)算環(huán)路長(zhǎng)度及速率，再申請(qǐng)驅(qū)動(dòng)線路需要的優(yōu)化電壓。例如，在全功率模式下，線路驅(qū)動(dòng)電壓保持在15V。而TI的TPS54900有源功率管理技術(shù)可根據(jù)環(huán)路長(zhǎng)度速率將驅(qū)動(dòng)電壓降低至8.5V。這樣每線線路驅(qū)動(dòng)減少6.5V的電壓，由于線路驅(qū)動(dòng)部分在整個(gè)系統(tǒng)功耗中占有極大比重，1000線的系統(tǒng)可大約節(jié)省功率15%,并由產(chǎn)生密度提高15%的解決方案。
圖2描述的是通過使用Line Ranger TPS54900在不同線路距離下節(jié)省的功耗。橫坐標(biāo)是線路距離，單位是(千英尺)。縱坐標(biāo)是每線功耗，單位(W)。藍(lán)色線段顯示的是AC5芯片組不使用TPS54900，僅僅依靠AC5內(nèi)部自動(dòng)實(shí)現(xiàn)的軟件優(yōu)化時(shí)的功耗。紅色線段顯示的是AC5+TPS54900的功率消耗。黑色線段實(shí)際就是上述兩者的差，也就是使用TPS54900后節(jié)省下來(lái)的功耗。
TI的ADSL功率管理方案包括隔離轉(zhuǎn)換控制器、監(jiān)測(cè)電路、低壓降調(diào)節(jié)器(LDOs)、熱插拔控制器、DC/DC 轉(zhuǎn)換控制器以及帶有集成MOSFET的DC/DC轉(zhuǎn)換器。設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)。
模擬ADSL 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的編解碼部分不象線路驅(qū)動(dòng)器的功能那么復(fù)雜。但是，好的設(shè)計(jì)可以提高電路板的集成度并節(jié)省功率。這兩點(diǎn)是智能模擬設(shè)計(jì)中的重要組成部分。
TI新出臺(tái)的TLV320AD18就是一個(gè)很好的范例。8線編解碼器可以使用1.5V電源。每線可單獨(dú)調(diào)節(jié)電源以減少功耗和散熱。除節(jié)省功率外，該設(shè)備通過集成不再需要CO設(shè)計(jì)要求的36個(gè)附加分離元件，節(jié)省板面平均達(dá)一平方英寸。
除領(lǐng)先的芯片技術(shù)外，充分的設(shè)計(jì)支持對(duì)于成功的模擬ADSL設(shè)計(jì)至關(guān)重要。TI從系統(tǒng)角度看待ADSL設(shè)計(jì)，通過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(yàn)向設(shè)計(jì)人員提供適當(dāng)?shù)闹С帧Ｓ布С职ㄔu(píng)估模塊(EVM)和可供開發(fā)商使用的從概念到供貨階段的參考設(shè)計(jì)。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(shè)計(jì)、應(yīng)用記錄、用戶指南及數(shù)據(jù)列表。
總之，ADSL的成功在很大程度上取決于向服務(wù)運(yùn)營(yíng)商提供的每端口成本。決定系統(tǒng)集成密度的功率，以及有助于增加給定系統(tǒng)端口數(shù)量的集成度是決定服務(wù)運(yùn)營(yíng)商是否可以經(jīng)濟(jì)地向最終用戶提供端口的關(guān)鍵因素。智能模擬和功率管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)能使OEM廠商和服務(wù)運(yùn)營(yíng)商與眾不同，實(shí)現(xiàn)各自的設(shè)計(jì)和業(yè)務(wù)發(fā)展目標(biāo)。 ■
參考文獻(xiàn)
1 ADSL standard G.992.1
2 ADSL standard T1.413
3 AC5 Hardware Design Kit of Texas Instrument
評(píng)論