DSL 模擬與功率管理技術

隨著數字技術帶來的進步，異步數字用戶線路(ADSL)為越來越多的最終用戶實現了高速寬帶連接。ADSL比起傳統撥號服務具有諸多優勢，如數據速率成倍提高、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者和企業青睞的技術。

盡管數字技術為 ADSL打下基礎，但是服務運營商要有效部署ADSL，使其90%的用戶得到升級，需依賴于模擬和混合信號技術。從多種意義上講，ADSL設計中的模擬和混合信號部分是實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運營商能否降低用戶價格并獲得更多利潤的最關鍵因素。

最初，ADSL的系統設計人員主要關心從中心交換局(CO)到遠程終端或客戶端調制解調器的較長環路上(18000英尺)系統是否可以保持高性能。 隨著 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鍵的因素。

為使ADSL 實現90%以上的覆蓋，OEM(代工)廠商正致力于生產用于中長和較短環路連接的設備。節點的增加使更多的用戶，特別是因環路過長的CO無法連接的用戶享受到全速率 8 Mbps服務。 對于距離在12000英尺內的用戶，服務運營商使用數字環路載頻(DLC)這一中長系統進行連接。而對于那些在多居住單元(MDU) 環境中，環路長度在6000英尺內的用戶，它們則通過光網絡單元(ONU)進行連接。 由于環境特點，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題，保證 ADSL進一步普及。OEM廠商使用這樣的設計可推出經濟高效、高密度產品，使服務運營商向更多的客戶提供高效而廉價的服務。

同樣重要的是，制造商甚至服務運營商要選擇適當的ADSL方案供應商。它們應了解系統，掌握工藝技術并具有集成能力，以便幫助實施最有效的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路驅動器/接收器,集成線路驅動器/接收器,高性能、低功率編解碼器(CODEC)和功率管理產品。這些產品作為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 模擬和功率管理產品也會對系統產生重大影響。

圖1展示了TI ADSL解決方案的系統結構圖，TNET5800是數字部分， 在軟件上實現了自動的線路功率調整(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(線驅動器)實現低功耗的線路驅動;可編程的TPS54900可實現對Line Driver的動態電壓調節，降低平均功耗。

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

設計拓撲的改善加之設計的集成使系統性能顯著提高。隨著放大器技術的提高,TI逐步推出各款線路驅動器產品，從A/B 級到B 級乃至現在的THS7102和THS7103等全有源終接驅動器。有源終接(Active Termination)或綜合阻抗線路驅動器(Synthesiaed Impedance)技術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動器需要的輸出電壓，THS7102 和THS7103只需 +15V供電就可以支持全速率下行的ADSL DMT。

集成對優化模擬系統性能還發揮著另一個關鍵作用。除低功率差分接收器和低功率有源終接差分線路驅動器外，THS7102和THS7103將過去分離實施的發射濾波器、接收濾波器和集成式發射/接收增益電阻器集成起來。

盡管線路驅動器/接收器技術對于優化設計仍很重要，但是有了拓撲、集成和系統方面的進步才能降低系統的功耗和體積。所有這些進步都為OEM 廠商及服務運營商帶來巨大優勢，使它們得以實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。解決了這些問題將為大規模部署ADSL 鋪平道路。

優化功率管理功能是發揮ADSL 設計潛力的關鍵。散熱、板子大小和系統保護是 ADSL系統主要尚待解決的問題。使用先進的功率管理技術，設計人員可使系統性能得到顯著提高。

TI的有源功率管理技術是智能功率管理解決方案的代表。通過降低每端口驅動功率，減少散熱并提高密度。實際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系統線路信號的需要對驅動電壓進行智能化調節。在線路連接中，TI的ADSL收發信機先計算環路長度及速率，再申請驅動線路需要的優化電壓。例如，在全功率模式下，線路驅動電壓保持在15V。而TI的TPS54900有源功率管理技術可根據環路長度速率將驅動電壓降低至8.5V。這樣每線線路驅動減少6.5V的電壓，由于線路驅動部分在整個系統功耗中占有極大比重，1000線的系統可大約節省功率15%,并由產生密度提高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省的功耗。橫坐標是線路距離，單位是(千英尺)?？v坐標是每線功耗，單位(W)。藍色線段顯示的是AC5芯片組不使用TPS54900，僅僅依靠AC5內部自動實現的軟件優化時的功耗。紅色線段顯示的是AC5+TPS54900的功率消耗。黑色線段實際就是上述兩者的差，也就是使用TPS54900后節省下來的功耗。

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施、可靠、全集成的即插即用電源方案，由此加快投放市場的時間并簡化設計。

模擬ADSL 系統設計的編解碼部分不象線路驅動器的功能那么復雜。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就是一個很好的范例。8線編解碼器可以使用1.5V電源。每線可單獨調節電源以減少功耗和散熱。除節省功率外，該設備通過集成不再需要CO設計要求的36個附加分離元件，節省板面平均達一平方英寸。

除領先的芯片技術外，充分的設計支持對于成功的模擬ADSL設計至關重要。TI從系統角度看待ADSL設計，通過使用推出五代完整的DSL解決方案所獲得的多年實際經驗向設計人員提供適當的支持。硬件支持包括評估模塊(EVM)和可供開發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的資源，如參考設計、應用記錄、用戶指南及數據列表。

總之，ADSL的成功在很大程度上取決于向服務運營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運營商是否可以經濟地向最終用戶提供端口的關鍵因素。智能模擬和功率管理系統設計能使OEM廠商和服務運營商與眾不同，實現各自的設計和業務發展目標。 ■

參考文獻

1 ADSL standard G.992.1

2 ADSL standard T1.413

3 AC5 Hardware Design Kit of Texas Instrument