在現(xiàn)有的電話雙絞線的基礎(chǔ)上實現(xiàn)高帶寬的因特網(wǎng)接入的特點使ADSL應用大受歡迎。隨著數(shù)字信號處理技術(shù)的發(fā)展，ADSL的應用日益普及，設(shè)計的關(guān)鍵也開始轉(zhuǎn)移到模擬部分，本文將從局端ADSL驅(qū)動電路的各種參數(shù)設(shè)計以及功耗的優(yōu)化、變壓器的設(shè)計等方面進行探討，并說明實用電路的設(shè)計。

ADSL技術(shù)在現(xiàn)有的雙絞線實現(xiàn)512KHz到8MHz的數(shù)據(jù)傳輸速率，相對傳統(tǒng)的調(diào)制解調(diào)器而言接入速率有很大提高。國際電聯(lián)(ITU)將ADSL的傳輸規(guī)范分為全速(Full-Rate)，即G.dmt和低數(shù)據(jù)率的G.Lite。這兩個系統(tǒng)都采用離散多音(DMT)的技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)。該技術(shù)將1.2MHz的帶寬分割成256個獨立的子載波，子載波通道寬度為4.3125KHz，每個子載波各自傳送數(shù)據(jù)，像256個調(diào)制解調(diào)器并行地工作。為了進一步增加數(shù)據(jù)速率，每個子載波都采用正交幅度調(diào)制(QAM)。

在實際的應用中，子載波通道的分配與數(shù)據(jù)傳輸方向和電話線環(huán)路的長度有關(guān)。絕大多數(shù)的通道用作從局端到用戶端的數(shù)據(jù)傳送，即下傳通道，該方向數(shù)據(jù)量******，而上傳數(shù)據(jù)主要是實現(xiàn)向服務器的請求，數(shù)據(jù)量??；而電話環(huán)路越短，功率要求越低，反之功率要求越高，而且使用到的通道數(shù)將降低，每通道的數(shù)碼率也將降低。由于傳輸數(shù)據(jù)速率的大小將會影響到電路電壓的選擇、功率和散熱等，認識到這些對于局端和用戶端的接收、驅(qū)動設(shè)備的設(shè)計很有意義。

驅(qū)動電路設(shè)計的幾個要點

a.驅(qū)動放大器的基本參數(shù)設(shè)計

以下為驅(qū)動放大器的參數(shù)設(shè)計(相關(guān)參數(shù)見表1)，這些參數(shù)值與具體的放大器無關(guān)。

設(shè)定電話線功率為P_LINE, 單位為W，均方根(RMS)線電壓為：

變壓器的的初級功率為：

變壓器初級阻抗為：

變壓器終端電阻阻值為：

初級均方根電壓為：

變壓器初級均方根電流為：

放大器輸出均方根驅(qū)動電壓為：

這個電壓是兩個放大器輸出之間的均方根電壓，選擇兩個適當?shù)腞_BT值，這個電壓值可達到變壓器初級均方根電壓的兩倍。

驅(qū)動放大器峰值輸出電流為：

實現(xiàn)該峰值電流的能力是選擇驅(qū)動放大器的重要指標。

放大器的輸出功率為：

驅(qū)動放大器的總電壓增益為：

差值放大器增益為：

變壓器的匝數(shù)比在本設(shè)計中很關(guān)鍵：圖1中所示為驅(qū)動器總供電電壓和峰值輸出電流與匝數(shù)比的函數(shù)關(guān)系。圖中所示的電壓為在假定放大器凈空電壓(Headroom Voltage)為0的理想放大器以及變壓器插入損耗為0的理想變壓器條件下的理想供電電壓。在實際應用中，電源電壓必須高于這個電壓值。

b. 驅(qū)動電路的特性參數(shù)：凈空電壓和靜態(tài)電流

在計算供電電壓、功率和熱耗散大小時，必須考慮凈空電壓和靜態(tài)電流的大小。放大器的最低供電電壓為：

實際的放大器的供電電壓必須高于該電壓值以避免在信號峰值時對信號的削減，而電壓也不能過高，電壓過高會加大放大器的功率耗散。

放大器的凈空電壓決定于輸出電壓要求，也可能決定于輸出飽和電壓對輸出電流或?qū)Σ煌撦d電流的溫度曲線。(凈空電壓為在給定負載電流下供電電壓和******輸出電壓的差值，包括正、負電壓部分。) 圖1所示為決定放大器輸出飽和電壓的一個簡單模型以及數(shù)據(jù)曲線示例。

c. 優(yōu)化功率損耗，調(diào)整靜態(tài)電流和關(guān)斷電流

在本文中所用的幾款放大器靜態(tài)電流都可外部設(shè)定。對于不同的DSL電路設(shè)計調(diào)整放大器的工作點可以最小化功率損耗，使失真最小化。但最小失真與功率損耗有矛盾關(guān)系，需要均衡考慮。靜態(tài)電流減小，功率損耗也將降低，但由于要使失真最小化必須為內(nèi)部放大器電路提供偏置電流，所以靜態(tài)電流降低將惡化失真特性。圖2所示為LT1795工作電流的調(diào)整方法，通過一個外部電阻來設(shè)定內(nèi)部電流源，通過該內(nèi)部電流源的電流經(jīng)過放大作為兩個放大器的偏置電流，圖2中示意了調(diào)整工作電流對失真的影響。工作電流太低，信號將會嚴重失真，并且不可避免地會與其它通道之間產(chǎn)生干擾。應該在實際的運行條件下調(diào)整該電流使電路優(yōu)化。

系統(tǒng)設(shè)計的功率和熱管理的最有效辦法是在無信號時關(guān)斷驅(qū)動電路。數(shù)字電路可以檢測到無信號傳輸狀態(tài)，在無信號時控制電路向驅(qū)動部分發(fā)送一個數(shù)字信號，關(guān)斷驅(qū)動電路。很多的放大器具有該控制信號接口，能將內(nèi)部電路電源全部關(guān)斷。例如，LT1796在沒有數(shù)據(jù)發(fā)送時可以處于關(guān)斷狀態(tài)，消耗的電流僅200uA。當要求電路啟動時，電路必須在幾個毫秒內(nèi)完全恢復到正常工作狀態(tài)。在關(guān)斷條件下放大器進入高阻狀態(tài)。

圖2示意了放大器降低功耗功能，該功能也稱為部分關(guān)斷，放大器保持很小的偏置電流，該電流使調(diào)制解調(diào)器能繼續(xù)監(jiān)控線上的信號。在電路中用兩個電阻控制靜態(tài)電流的大小，使電路在關(guān)斷狀態(tài)下保持很小的維持電流。實現(xiàn)的具體辦法可以將DSP的一個I/O引腳通過一個電阻接到放大器的控制腳上，由DSP提供一個控制電平。驅(qū)動電路關(guān)斷的辦法可以使功耗減小到正常運行時的十分之一。

d. 電源的去耦合設(shè)計

與很多電路設(shè)計一樣，電源的噪聲去耦合設(shè)計很關(guān)鍵。在電路板上所有接電源的引腳處分別接入一個大、小旁路電容，可以減小電源中很寬頻率范圍的噪聲和紋波電壓。建議在驅(qū)動和接收電路的電源輸入引腳上接入高頻去耦合電容，在放大器的兩個電源輸入(正負電源端)引腳間直接接入一個10uF的電容，可以減小電源線上紋波的二次諧波分量。

e. 變壓器的設(shè)計

變壓器的選擇。電路中變壓器用于電話線和驅(qū)動/接收電路之間的耦合以及實現(xiàn)電話線與驅(qū)動/接收電路的隔離，要求變壓器的頻率響應范圍為20kHz到2MHz，插入損耗低。變壓器的初次級線圈的匝數(shù)比會影響到放大器對電源電壓的要求，如果通過變壓器實現(xiàn)信號電壓的提升，則不需要放大器的電壓變化。理想的變壓器的輸入輸出功率是相等的，因此如果輸出電壓升高則輸出電流將減小，相反電流將增高。采用升壓變壓器可以降低對輸入端運算放大器工作電壓的要求，這樣可以采用一些常用電源，當然放大器必須具有足夠的電流驅(qū)動能力。另外，由于變壓器同時用作接收線上的信號，變壓器的匝數(shù)比的選擇還決定于接收電路的靈敏度。初、次級匝數(shù)比越高，接收到的信號電壓越低。

變壓器終端電阻阻值的確定。為了實現(xiàn)阻抗匹配和檢測輸入信號，在變壓器初級和放大器的輸出端之間接入兩個電阻，即R_BT。該電阻的阻值是變壓器匝數(shù)比與電話線阻抗大小的函數(shù)關(guān)系，設(shè)次級線圈(即與電話線相連的一端)與初級線圈的匝數(shù)比為n，電話線阻抗為Z_LINE，為實現(xiàn)電話線阻抗與調(diào)制解調(diào)器的阻抗匹配，變壓器初級的總電阻(R_PRIMARY )必須滿足以下關(guān)系式：

為了對變壓器的初級均衡驅(qū)動，每個放大器要均衡負擔部分負載，電阻R_BT設(shè)定為變壓器初級電阻的一半，即

ADSL G.Lite驅(qū)動電路設(shè)計

圖3所示為ADSL G.Lite線驅(qū)動電路，該電路的功耗低于1W。采用±12V供電，變壓器的初次級匝數(shù)比為1:1.2。該電路使用放大器LT1795CFE，采用TSSOP封裝，適合于局端設(shè)備中在單板上集成多個接口驅(qū)動電路。

低功耗的ADSL G.dmt驅(qū)動電路

圖4所示為低功耗的局端G.dmt線驅(qū)動電路，該電路可實現(xiàn)8Mbps傳輸流驅(qū)動，具有效率高的特點。

該電路采用匝數(shù)比為1.5:1的變壓器，使電流大大降低，功耗可降低300mW左右。為實現(xiàn)這種效果一般需要采用±14V的電壓和22.2歐姆的R_BT電阻，該電路采用的電阻為13.3歐姆，仍然可得到變壓器的初級阻抗為100歐姆，實現(xiàn)阻抗匹配，但這種設(shè)計對上傳信號的接收不利，造成電阻R_BT兩端的信號電平低。該電路設(shè)計適合于采用靈敏模擬前端接收的系統(tǒng)。

該設(shè)計中采用R_P電阻實現(xiàn)從一個放大器的輸出信號產(chǎn)生正反饋信號到另一個放大器的輸入。借助于這個反饋作用，盡管R_BT電阻從22.2歐姆減小到 13.3歐姆，但從節(jié)點C和D看進去的電阻為100歐姆，仍然實現(xiàn)阻抗的匹配。該電阻還可以減小，但相應地接收信號將減小。設(shè)定一個因子K，電阻R_BT可以用下式表示：

如果變壓器匝數(shù)比設(shè)定為1:1.5，R_BT的值應為22.2歐姆，在圖4的設(shè)計中該電阻值為13.3歐姆，所以K=0.6。信號從正向通道到輸出的信號增益設(shè)為G，則

正反饋信號的增益設(shè)定為P，則

為達到正常的阻抗匹配，應滿足以下關(guān)系：P=1-K

為得到從模擬前端(AFE)到線輸出的適當電壓增益A_V，G設(shè)定為：

V_PRI為初級電壓，V_LINE為線電壓。計算驅(qū)動電路的增益還需要考慮到變壓器的匝數(shù)比和插入損耗。

本電路中采用正反饋修正閉環(huán)增益，不會對電路性能產(chǎn)生任何影響，可以大大降低電路的功耗。由于前面所述的因素，本電路僅適合對接收信號電平要求不高的系統(tǒng)中。

將電路中的R_p1和R_p2省去，將R_G改為133歐姆，R_BT1,R_BT2改為12.4歐姆，變壓器的匝數(shù)比改為2:1，該電路也可實現(xiàn)G.dmt線驅(qū)動功能，而且R_BT兩端的信號電平將恢復正常，但電路的峰值輸出電流將達到335mA，其中一半的功耗消耗在電阻(R_BT)上?？梢詼p小該電阻降低功耗，但是同時也改變了輸出阻抗，不能與電話線阻抗匹配，也減小了接收信號的電平值。

本文總結(jié)

ADSL局端驅(qū)動電路設(shè)計過程復雜，要全面考慮電壓、電流、功耗、干擾以及變壓器和放大電路等器件的設(shè)計，由于在局端常常需要在單板上集成很多接口驅(qū)動電路，在設(shè)計時如何減小電路的功率耗散也很重要。只有完全考慮多方面的因素才能實現(xiàn)一個完美的設(shè)計