利用先进模拟与电源管理设计满足ADSL系统设计目标

利用先进模拟与电源管理设计满足ADSL系统设计目标


虽然数字科技是ADSL的技术基础，但仍要靠着互补搭配的模拟与混合信号技术，服务供货商才能以低成本大幅建置ADSL线路，并提供服务给九成以上的客户。从许多方面来看，ADSL设计的模拟与混合信号部份是达成系统总目标的跳板；设计良好的模拟与混合信号电路可大幅减少系统的电力消耗，让工程师用更少零件做出功能整合性更高的产品，进而降低系统每个联机端口的成本。服务供货商的目标是减少用户联机价格，同时又增加自己的利润，因此每个联机埠的成本就成为他们最重视的考虑。

低功率的重要性

ADSL系统设计人员最初只关心一件事：如何在从局端至远距端点或客户端调制解调器的这条长（18,000英呎）线路上提供很高的数据传输效能。随着ADSL用户的增加，厂商很快发现由于局端设备的空间、电源及散热能力都十分有限，它们反而需要更高度的功能整合以及更省电的设计。举例来说，第一代ADSL电路板只能服务四条线路，今天的电路板却可提供72个线路服务，证明电源与空间是更重要的考虑因素。

为了达到ADSL覆盖率超过九成的目标，OEM厂商目前把重点放在中距离以及短距离的联机设备，以提供8-Mbps全速率联机服务给更多用户，特别是距离太远而无法使用局端线路的用户。服务供货商利用中距离基础设备来连接这些用户，例如「数字回路设备」（DLC），其支持范围最远可达12,000英呎；其余用户主要分布在「多个居住单位」（MDU）的环境，则使用「光纤网络接取设备」（ONU）来联机，距离通常不超过6,000英呎。受到实际环境影响，这些设备的空间多半更为狭小，必须采用更省电且密度更高的线路设计。

让ADSL局端系统采用智能型、高效率、且功能整合度高的模拟与电源管理设计，就可以解决设备的空间以及电源问题，确保ADSL线路的普及；利用这些设计，OEM厂商可制造出低成本、高线路密度的产品，使服务供货商得以将价格更低廉的线路提供给更多使用者。

因此对制造商及服务供货商来说，ADSL解决方案供货商的选择就非常重要，他们必须具备系统知识、制程技术以及功能整合的经验，能协助做出最有效率的DSL电源管理与模拟解决方案。利用拥有五个世代完整ADSL解决方案的发展经验，TI带来最先进的模拟与电源管理解决方案。

TI为ADSL系统设计提供多种高效能模拟解决方案，包括系列完整的线路驱动器与接收器、整合式线路驱动器／接收器、高效能低功耗编码译码器以及各种电源管理产品。为提供最好的功能整合与低功率特性，ADSL模拟解决方案一部份的产品设计也紧密配合以TI DSP为基础的数字DSL收发器；此外，设计人员若须对系统做较大幅度修改，也可以从TI模拟与电源管理产品中选择特定零件，这些产品不但支持所有的ADSL标准，还可做为完整的ADSL解决方案或是独立零组件，把低功率特性带给部份或是整个系统。

线路驱动器／接收器 －

要减少系统电力消耗以增加电路板密度，最大挑战来自线路驱动器与接收器设计，这些组件会接至实际线路，让ADSL信号能在线路上来回传送。在早期推出的局端设备设计里，线路驱动器需要2.5-W功率，才能推动全速率DMT ADSL信号；今天，整合式线路驱动器／接收器仍是系统电力消耗的主要来源，但随着设计的改良与电路架构的进步，若采用功能高度整合的线路驱动器／接收器，例如TI的THS7102与THS7103，那么每个联机埠只须1.1W的功率，就可执行同样的功能。

透过设计架构的改良以及组件的整合，系统效能可以大幅提升。TI就是延着放大器技术曲线来发展线路驱动器产品，从A/B类线路驱动器开始，然后是G类驱动器，现在则是采用全主动终端技术的驱动器，例如THS7102与THS7103。主动终端技术又称为合成阻抗，此种线路驱动器技术几乎不需要耗电量大的匹配阻抗，这与以前的线路终端方式有所不同；而且省下匹配阻抗之后，线路驱动器的输出电压要求也会随之降低，于是TPS7102与TPS7103只须一个 +15V电源，就能推动以全速率下传的ADSL DMT信号。

在模拟系统效能的最佳化过程里，功能整合也很重要。除了一个低功率差动接收器(low power differential receiver) 和一个采用主动终端技术的低功率差动线路驱动器之外，THS7102与THS7103也整合多个以前由离散零件提供的发射滤波器、接收滤波器以及整合式的发射／接收增益电阻。

虽然线路驱动器／接收器仍是设计最佳化的一个重要领域，但电路架构、功能整合及系统知识的发展也可以减少系统设备的体积与电力消耗。这些进步将对OEM厂商与服务供货商的目标产生重大冲击，包括减少每个联机埠的电力消耗，同时增加每张电路板、每个机柜以及每套系统的通讯联机端口数目 － 解决这些问题才能真正加快ADSL线路的建置。

电源管理解决方案

要让ADSL设计发挥最大潜力，电源管理功能的最佳化是重要因素。所有ADSL系统都非常重视散热、电路板面积与系统保护，而透过先进的电源管理技术，设计人员可大幅增加系统工作效能。

TI的「主动电源管理」（Active Power Management）技术是一个很好例子，证明智能型电源管理解决方案可大幅降低每个联机埠的电力消耗，减少产生热量，让厂商发展出线路密度更高的解决方案。TI TPS54900允许一套ADSL系统根据信号驱动要求，动态调整线路驱动器的供应电压；在测试线路时，TI ADSL收发器会先计算回路长度，再要求一个最适当电压来驱动这条线路。

举例来说，采用固定电压的驱动器可能需要15-V工作电压，但TI TPS54900的主动电源管理技术在计算回路长度后，可能认为8.5-V已经足够；许多回路已成功将信道电压降至6.5V，功率消耗也减少一半，这是非常重大的成就，特别对于新建置的更短距离回路设施，它们至少涵盖50%潜在用户居住区域。

TI的ADSL电源管理解决方案让系统设计人员在设计简单性以及系统工作效能之间的平衡享有最大弹性。设计人员有一系列的整合电路解决方案可供选择，他们可以根据自己的需求，发展最佳化的应用系统。这些产品包括「隔离式开关控制器」（isolated switching controller）、监督电路(supervisory circuits)、低压降稳压器（LDO）、随机抽取控制器(hot swap controllers)、直流电源转换开关控制器以及内建MOSFET开关的直流电源转换器。如果设计人员要简化设计过程，加快产品上市时间，也可以选用实作容易、可靠性高、而且功能完全整合的「直接插入式」（plug-in）电源解决方案，

TI为它的电源管理产品提供完整支持，包括丰富的设计资源与系统知识经验，使设计工程师得以改进系统工作效能。他们还利用创新的封装技术来节省电路板面积，例如PowerPADTM封装就提供一个外露的散热垫，它可以增加散热能力，使组件不再需要体积庞大的散热片；此外，为了增加设计弹性，采用ExcaliburTM封装的TI直接插入式电源解决方案也提供表面黏着式以及「垂直黏着」（vertical-mount）的SIP(single in-line package)封装选项。

编译码器（codecs）

ADSL系统必须执行模拟／数字以及数字／模拟转换，虽然它们的功率消耗比线路驱动器少，但ADLS编码译码器仍是减少电路板面积和功率消耗的绝佳整合目标；做为智能型模拟设计的一部份，它也是进一步降低功率和电路板面积需求的重要方法。

TI新推出的TLV320AD18就是一个例子，这颗编码／译码器可支持八个数据信道，可以在1.5-V电压下工作，而且每个通道的电源都可独立切断，以减少电力消耗及散热量。除了节省电源外，这颗组件也整合许多其它功能，若用它来设计局端设备，可省下原来所须的36颗离散零件，使电路板面积平均减少一平方英吋。

设计支持

除了先进芯片技术外，若要完成最先进的模拟ADSL设计，那么适当的设计支持也非常重要。TI是从系统观点来处理ADSL设计问题，透过五个世代完整DSL解决方案所累积的多年实际经验，TI可为设计人员的发展计划提供适当支持。硬件支持包括评估模块 (EVM) 与完整的参考设计，让设计人员可直接用TI设计来开发产品；另外还有模拟与电源管理方面的资源，例如参考设计、应用说明、使用者指南与组件数据手册。

结论

总结来看，一套ADSL系统能否成功，主要在于服务供货商必须为每个联机埠支付多少成本。电源功耗决定了系统的功能整合密度，功能整合则会影响一套系统可以提供多少个联机埠，这两项都是关键因素，决定了服务供货商必须付出多少成本，才能把一个联机埠提供给一位终端用户。无论是OEM厂商要完成其设计目标，或是服务供货商要达成其商业目标，智能型模拟与电源管理系统设计都是一个重要影响因素。