DSL 模拟与功率管理技术

随着数字技术带来的进步，异步数字用户线路(ADSL)为越来越多的最终用户实现了高速宽带连接。ADSL比起传统拨号服务具有诸多优势，如数据速率成倍提高、在线连接保持不断且不需要增加电话线路，因此成为深受广大消费者和企业青睐的技术。

尽管数字技术为ADSL打下基础，但是服务运营商要有效部署ADSL，使其90%的用户得到升级，需依赖于模拟和混合信号技术。从多种意义上讲，ADSL设计中的模拟和混合信号部分是实现总体系统目标的跳板。 设计精良的模拟和混合信号可使系统功率大幅下降，减少元器件并提高集成度，因此降低系统每端口的总体成本。而每端口成本正是服务运营商能否降低用户价格并获得更多利润的最关键因素。

最初，ADSL的系统设计人员主要关心从中心交换局(CO)到远程终端或客户端调制解调器的较长环路上(18000英尺)系统是否可以保持高性能。 随着ADSL的普及，人们很快认识到，中心交换局由于空间、功率和制冷能力的限制需要更高集成化和功效的设计。最早的ADSL电路板只能支持4条线路，而今天的电路板可提供72条线路，可见功率和空间是非常关键的因素。

为使ADSL实现90%以上的覆盖，OEM(代工)厂商正致力于生产用于中长和较短环路连接的设备。节点的增加使更多的用户，特别是因环路过长的CO无法连接的用户享受到全速率8 Mbps服务。 对于距离在12000英尺内的用户，服务运营商使用数字环路载频(DLC)这一中长系统进行连接。而对于那些在多居住单元(MDU)环境中，环路长度在6000英尺内的用户，它们则通过光网络单元(ONU)进行连接。 由于环境特点，这些系统功能尤其受到空间限制，因此需要功效高而密度大的设计。

具有智能化、高效和高度集成的模拟和功率管理设计的ADSL系统可解决空间和功耗问题，保证ADSL进一步普及。OEM厂商使用这样的设计可推出经济高效、高密度产品，使服务运营商向更多的客户提供高效而廉价的服务。

同样重要的是，制造商甚至服务运营商要选择适当的ADSL方案供应商。它们应了解系统，掌握工艺技术并具有集成能力，以便帮助实施最有效的DSL功率管理和模拟方案。

德州仪器(TI)为ADSL系统设计提供的高性能模拟方案包括各种线路驱动器/接收器,集成线路驱动器/接收器,高性能、低功率编解码器(CODEC)和功率管理产品。这些产品作为ADSL模拟解决方案的一部分，紧密配合TI的基于DSP的DSL收发信机，以提供最大的集成和低功率性能。 另外，设计人员由于选择TI不同的ADSL模拟和功率管理产品也会对系统产生重大影响。

图1展示了TI ADSL解决方案的系统结构图，TNET5800是数字部分， 在软件上实现了自动的线路功率调整(CUT BACK)，低功率模式(Q-MODE)的支持;低功率编解码器(CODEC)TNET5080完成模拟数字信号的转换;单电压Line Driver(线驱动器)实现低功耗的线路驱动;可编程的TPS54900可实现对Line Driver的动态电压调节，降低平均功耗。

线路驱动器和接收器为ADSL离线或连线信号提供真正的连接，这是降低系统功耗进而提高线路板密度要解决的最大难题。在最早的CO设计中，线路驱动器在驱动全速率离散多音频(DMT) ADSL信号时耗电约2.5W。今天，集成式线路驱动器/接收器依然是整个系统预算中的主要耗电源。但是，通过设计改良和设计拓扑的进步，象TI的THS7102和THS7103这样的高度集成式线路驱动器/接收器每线只消耗1W就可实现同样的功能。

设计拓扑的改善加之设计的集成使系统性能显著提高。随着放大器技术的提高,TI逐步推出各款线路驱动器产品，从A/B级到B级乃至现在的THS7102和THS7103等全有源终接驱动器。有源终接(Active Termination)或综合阻抗线路驱动器(Synthesiaed Impedance)技术消除了过去终接线路需要的大耗电量的匹配电阻器。除此之外，取消匹配电阻器还能降低线路驱动器需要的输出电压，THS7102和THS7103只需+15V供电就可以支持全速率下行的ADSL DMT。

集成对优化模拟系统性能还发挥着另一个关键作用。除低功率差分接收器和低功率有源终接差分线路驱动器外，THS7102和THS7103将过去分离实施的发射滤波器、接收滤波器和集成式发射/接收增益电阻器集成起来。

尽管线路驱动器/接收器技术对于优化设计仍很重要，但是有了拓扑、集成和系统方面的进步才能降低系统的功耗和体积。所有这些进步都为OEM 厂商及服务运营商带来巨大优势，使它们得以实现降低每端口功率并增加电路板、机架和系统信道数目的目标。解决了这些问题将为大规模部署ADSL 铺平道路。

优化功率管理功能是发挥ADSL 设计潜力的关键。散热、板子大小和系统保护是 ADSL系统主要尚待解决的问题。使用先进的功率管理技术，设计人员可使系统性能得到显著提高。

TI的有源功率管理技术是智能功率管理解决方案的代表。通过降低每端口驱动功率，减少散热并提高密度。实际ADSL线路上，由于距离，线路速率的不同，所需功耗与理论最大值比较可以大大缩小。TI的Line Ranger TPS54900可以按ADSL系统线路信号的需要对驱动电压进行智能化调节。在线路连接中，TI的ADSL收发信机先计算环路长度及速率，再申请驱动线路需要的优化电压。例如，在全功率模式下，线路驱动电压保持在15V。而TI的TPS54900有源功率管理技术可根据环路长度速率将驱动电压降低至8.5V。这样每线线路驱动减少6.5V的电压，由于线路驱动部分在整个系统功耗中占有极大比重，1000线的系统可大约节省功率15%,并由产生密度提高15%的解决方案。

图2描述的是通过使用Line Ranger TPS54900在不同线路距离下节省的功耗。横坐标是线路距离，单位是(千英尺)。纵坐标是每线功耗，单位(W)。蓝色线段显示的是AC5芯片组不使用TPS54900，仅仅依靠AC5内部自动实现的软件优化时的功耗。红色线段显示的是AC5+TPS54900的功率消耗。黑色线段实际就是上述两者的差，也就是使用TPS54900后节省下来的功耗。

TI的ADSL功率管理方案包括隔离转换控制器、监测电路、低压降调节器(LDOs)、热插拔控制器、DC/DC 转换控制器以及带有集成MOSFET的DC/DC转换器。设计人员还可以使用方便实施、可靠、全集成的即插即用电源方案，由此加快投放市场的时间并简化设计。

模拟ADSL 系统设计的编解码部分不象线路驱动器的功能那么复杂。但是，好的设计可以提高电路板的集成度并节省功率。这两点是智能模拟设计中的重要组成部分。

TI新出台的TLV320AD18就是一个很好的范例。8线编解码器可以使用1.5V电源。每线可单独调节电源以减少功耗和散热。除节省功率外，该设备通过集成不再需要CO设计要求的36个附加分离元件，节省板面平均达一平方英寸。

除领先的芯片技术外，充分的设计支持对于成功的模拟ADSL设计至关重要。TI从系统角度看待ADSL设计，通过使用推出五代完整的DSL解决方案所获得的多年实际经验向设计人员提供适当的支持。硬件支持包括评估模块(EVM)和可供开发商使用的从概念到供货阶段的参考设计。除此之外，TI还可提供与模拟和功率管理相关的资源，如参考设计、应用记录、用户指南及数据列表。

总之，ADSL的成功在很大程度上取决于向服务运营商提供的每端口成本。决定系统集成密度的功率，以及有助于增加给定系统端口数量的集成度是决定服务运营商是否可以经济地向最终用户提供端口的关键因素。智能模拟和功率管理系统设计能使OEM厂商和服务运营商与众不同，实现各自的设计和业务发展目标。 ■

参考文献

1 ADSL standard G.992.1

2 ADSL standard T1.413

3 AC5 Hardware Design Kit of Texas Instrument