DSL模擬與電源管理白皮書

DSL模擬與電源管理白皮書

隨著數(shù)字科技的發(fā)展進(jìn)步，ADSL正把高速寬帶聯(lián)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)帶給更多使用者，例如數(shù)據(jù)速率的大幅增加、永遠(yuǎn)暢通的聯(lián)機(jī)以及不再需要額外的電話線路，這些都是ADSL贏過傳統(tǒng)撥接服務(wù)的地方，也使得這項(xiàng)技術(shù)很快被普通消費(fèi)者及企業(yè)用戶所接受。

雖然數(shù)字科技是ADSL的技術(shù)基礎(chǔ)，但仍要靠著互補(bǔ)搭配的模擬與混合信號(hào)技術(shù)，服務(wù)供貨商才能以低成本大幅建置ADSL線路，并提供服務(wù)給高達(dá)九成的客戶。從許多方面來看，ADSL設(shè)計(jì)的模擬與混合信號(hào)部份是達(dá)成系統(tǒng)總目標(biāo)的跳板；設(shè)計(jì)良好的模擬與混合信號(hào)電路可大幅減少系統(tǒng)的電力消耗，讓工程師用更少零件做出功能整合性更高的產(chǎn)品，進(jìn)而降低系統(tǒng)每個(gè)聯(lián)機(jī)端口的成本。服務(wù)供貨商的目標(biāo)是減少用戶聯(lián)機(jī)價(jià)格，同時(shí)又增加自己的利潤(rùn)，因此每個(gè)聯(lián)機(jī)埠的成本就成為他們最重視的考慮。

低功率的重要性

ADSL系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員最初只關(guān)心一件事：從局端至遠(yuǎn)距端點(diǎn)或客戶端調(diào)制解調(diào)器，如何在這條長(zhǎng)長(zhǎng)（18,000英呎）線路上提供很高的數(shù)據(jù)傳輸效能。隨著ADSL用戶的增加，廠商很快發(fā)現(xiàn)由于局端設(shè)備的空間、電源及散熱能力都十分有限，它們反而需要更高度的功能整合以及更省電的設(shè)計(jì)。舉例來說，第一代ADSL電路板只能服務(wù)四條線路，今天的電路板卻可提供72個(gè)線路頻道，證明電源與空間是更重要的考慮因素。

為了達(dá)到ADSL覆蓋率超過九成的目標(biāo)，OEM廠商目前把重點(diǎn)放在中距離以及短距離的聯(lián)機(jī)設(shè)備，它們可將8-Mbps全速率聯(lián)機(jī)服務(wù)提供給更多用戶，特別是距離太遠(yuǎn)而無法使用局端線路的用戶。服務(wù)供貨商利用中距離基礎(chǔ)設(shè)施來連接這些用戶，例如「數(shù)字回路載波」（DLC），其支持范圍最遠(yuǎn)可達(dá)12,000英呎；其余用戶則使用「光學(xué)網(wǎng)絡(luò)接取裝置」（ONU）來聯(lián)機(jī)，他們主要分布在「多個(gè)居住單位」（MDU）的環(huán)境，距離通常不超過6,000英呎。受到實(shí)際環(huán)境影響，這些設(shè)備的空間多半更為狹小，必須采用更省電且更高線路密度的設(shè)計(jì)。

讓ADSL基礎(chǔ)設(shè)施采用智能型、高效率、且功能高度整合的模擬與電源管理設(shè)計(jì)，就可以解決設(shè)備的空間以及電源問題，確保ADSL線路的普及；利用這些設(shè)計(jì)，OEM廠商可制造低成本、高線路密度的產(chǎn)品，使服務(wù)供貨商得以將價(jià)格更低廉的線路提供給更多使用者。

因此對(duì)制造商及服務(wù)供貨商來說，ADSL解決方案供貨商的選擇就非常重要，他們必須具備系統(tǒng)知識(shí)、制程技術(shù)以及功能整合的經(jīng)驗(yàn)，能協(xié)助做出最有效的DSL電源管理與模擬解決方案。TI擁有五個(gè)世代完整ADSL解決方案的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)、世界水平的模擬與電源管理技術(shù)以及先進(jìn)的半導(dǎo)體制程技術(shù)，可為今日ADSL系統(tǒng)帶來最先進(jìn)的模擬與電源管理解決方案。

TI為ADSL系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供多種高效能模擬解決方案，包括系列完整的線路驅(qū)動(dòng)器與接收器、整合式線路驅(qū)動(dòng)器／接收器、高效能省電型編碼譯碼器以及各種電源管理產(chǎn)品，它們都是完整ADSL模擬解決方案的一部份。為提供最好的功能整合與省電特性，這些產(chǎn)品設(shè)計(jì)也緊密配合TI以DSP為基礎(chǔ)的數(shù)字DSL收發(fā)器；此外，設(shè)計(jì)人員若須對(duì)系統(tǒng)做較大幅度修改，也可以從TI模擬與電源管理產(chǎn)品中選擇特定零件，這些產(chǎn)品不但支持所有的ADSL標(biāo)準(zhǔn)，還可做為完整的ADSL解決方案或是獨(dú)立零組件，把省電特性帶給部份或是整個(gè)系統(tǒng)。

線路驅(qū)動(dòng)器／接收器

要減少系統(tǒng)電力消耗，增加電路板密度，最大挑戰(zhàn)來自線路驅(qū)動(dòng)器與接收器設(shè)計(jì)，這些組件會(huì)接至實(shí)際線路，讓ADSL信號(hào)能在線路上來回傳送。在早期推出的局端設(shè)備設(shè)計(jì)里，線路驅(qū)動(dòng)器需要2.5-W電力，才能推動(dòng)全速率「離散多音頻」（DMT）ADSL信號(hào)；今天，整合式線路驅(qū)動(dòng)器／接收器仍是系統(tǒng)電力消耗的主要來源，但隨著設(shè)計(jì)的改良與電路拓樸的進(jìn)步，若采用功能高度整合的線路驅(qū)動(dòng)器／接收器，例如TI的TPS7102與TPS7103，那么每個(gè)通訊頻道只須少于1-W的電力，就可執(zhí)行同樣的功能。

透過設(shè)計(jì)拓樸的改良以及組件的整合，系統(tǒng)效能可以大幅提升。舉例來說，TI就是逐漸延著放大器技術(shù)曲線來發(fā)展線路驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品，從A/B類線路驅(qū)動(dòng)器開始，然后是B類驅(qū)動(dòng)器，現(xiàn)在則是采用全主動(dòng)終端技術(shù)的驅(qū)動(dòng)器，例如TPS7102與TPS7103。主動(dòng)終端技術(shù)又稱為合成阻抗，此種線路驅(qū)動(dòng)器技術(shù)幾乎不需要耗電量大的匹配阻抗，這與以前的線路終端方式有所不同；而且省下匹配阻抗之后，線路驅(qū)動(dòng)器的輸出電壓要求也會(huì)隨之降低，于是TPS7102與TPS7103只須一個(gè) +15V電源，就能推動(dòng)以全速率下傳的ADSL離散多音頻信號(hào)。

在模擬系統(tǒng)效能的最佳化過程里，功能整合也很重要。除了一個(gè)低功率差動(dòng)接收器和一個(gè)采用主動(dòng)終端技術(shù)的低功率差動(dòng)線路驅(qū)動(dòng)器之外，TPS7102與TPS7103也內(nèi)建多個(gè)發(fā)射濾波器、接收濾波器以及整合式的發(fā)射／接收增益電阻，這些功能以前是由離散零件提供。

雖然線路驅(qū)動(dòng)器／接收器仍是設(shè)計(jì)最佳化的一個(gè)重要領(lǐng)域，但電路拓樸、功能整合及系統(tǒng)知識(shí)的發(fā)展也可以減少設(shè)備體積與電力消耗。這些進(jìn)步將對(duì)OEM廠商與服務(wù)供貨商的目標(biāo)產(chǎn)生重大沖擊，包括減少每個(gè)聯(lián)機(jī)埠的電力消耗，同時(shí)增加每張電路板、每個(gè)機(jī)柜以及每套系統(tǒng)的通訊頻道數(shù)目 － 解決這些問題才能真正加快ADSL線路的建置。

電源管理解決方案

要讓ADSL設(shè)計(jì)發(fā)揮最大潛力，電源管理功能的最佳化是重要因素。所有ADSL系統(tǒng)都非常重視散熱、電路板面積與系統(tǒng)保護(hù)，而透過先進(jìn)的電源管理技術(shù)，設(shè)計(jì)人員可大幅增加系統(tǒng)工作效能。

TI的「主動(dòng)電源管理」（Active Power Management）技術(shù)是一個(gè)很好例子，證明智能型電源管理解決方案可大幅降低每個(gè)聯(lián)機(jī)埠的電力消耗，減少產(chǎn)生熱量，讓廠商發(fā)展出線路密度更高的解決方案。TI TPS54900允許一套ADSL系統(tǒng)根據(jù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)要求，動(dòng)態(tài)調(diào)整線路驅(qū)動(dòng)器的供應(yīng)電壓；測(cè)試線路時(shí)，這顆ADSL收發(fā)器會(huì)先計(jì)算回路長(zhǎng)度，再要求一個(gè)最適當(dāng)電壓來驅(qū)動(dòng)這條線路。舉例來說，采用固定電壓的驅(qū)動(dòng)器可能需要15-V工作電壓，但TI TPS54900的主動(dòng)電源管理技術(shù)在計(jì)算回路長(zhǎng)度后，可能認(rèn)為8.5-V已經(jīng)足夠；由于每條線路都可降低6.5-V電壓，若乘上每條線路200-mW的平均電流，那么具有1,000條線路的系統(tǒng)就能節(jié)省15% 總電源，廠商也能做出線路密度增加15% 的解決方案。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員希望在設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單性以及系統(tǒng)工作效能之間取得平衡，TI的ADSL電源管理解決方案讓他們?cè)谶@方面享有最大彈性。設(shè)計(jì)人員有一系列的集成電路解決方案可供選擇，他們可以根據(jù)自己的需求，發(fā)展高度最佳化的應(yīng)用系統(tǒng)。這些產(chǎn)品包括「隔離式開關(guān)控制器」（isolated switching controller）、監(jiān)督電路、低壓降穩(wěn)壓器（LDO）、熱抽取控制器、直流電源轉(zhuǎn)換開關(guān)控制器以及內(nèi)建MOSFET開關(guān)的直流電源轉(zhuǎn)換器。如果設(shè)計(jì)人員要簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)過程，加快產(chǎn)品上市時(shí)間，也可以選用實(shí)作容易、可靠性高、而且功能完全整合的「直接插入式」（plug-in）電源解決方案，

TI為它的電源管理產(chǎn)品提供完整支持，包括豐富的設(shè)計(jì)資源與系統(tǒng)知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，使設(shè)計(jì)工程師得以改進(jìn)系統(tǒng)工作效能。他們還可以利用創(chuàng)新的封裝技術(shù)來節(jié)省電路板面積，例如PowerPADTM封裝就提供一個(gè)外露的散熱墊，它可以增加散熱能力，使組件不再需要體積龐大的散熱片；此外，為了增加設(shè)計(jì)彈性，采用ExcaliburTM封裝的TI直接插入式電源解決方案也提供表面黏著式以及「垂直安裝式」（vertical-mount）的SIP封裝選項(xiàng)。

編碼／譯碼器（codecs）

在模擬ADSL系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，編碼與譯碼電路的困難程度并不會(huì)超過其它功能，例如線路驅(qū)動(dòng)器，但它仍是功能整合以節(jié)省電路板面積或是節(jié)省電源的一個(gè)目標(biāo)；做為整個(gè)智能型模擬設(shè)計(jì)的一部份，它是進(jìn)一步減少電源和電路板面積需求的重要方法之一。

TI新推出的TLV320AD18就是一個(gè)例子，這顆編碼／譯碼器擁有八個(gè)數(shù)據(jù)信道，可以在1.5-V電壓下工作，而且每個(gè)通道的電源都可獨(dú)立切斷，以減少電力消耗及散熱量。除了節(jié)省電源外，這顆組件也整合許多其它功能，若用它來設(shè)計(jì)局端設(shè)備，可省下原來所須的36顆離散零件，使電路板面積平均減少一平方英吋。

設(shè)計(jì)支持

除了先進(jìn)芯片技術(shù)外，若要完成最先進(jìn)的模擬ADSL設(shè)計(jì)，那么適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)支持也非常重要。TI是從系統(tǒng)階層觀點(diǎn)來處理ADSL設(shè)計(jì)問題，并擁有五個(gè)世代完整DSL解決方案所累積的多年實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，因此TI可為設(shè)計(jì)人員的發(fā)展計(jì)劃提供適當(dāng)支持。硬件支持包括評(píng)估模塊與完整的參考設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員可直接用TI設(shè)計(jì)來開發(fā)產(chǎn)品；另外還有模擬與電源管理方面的資源，例如參考設(shè)計(jì)、應(yīng)用說明、使用者指南與組件數(shù)據(jù)手冊(cè)。

結(jié)論

總結(jié)來看，一套ADSL系統(tǒng)能否成功，主要在于服務(wù)供貨商必須為每個(gè)聯(lián)機(jī)埠支付多少成本。電源消耗決定了系統(tǒng)的功能整合密度，功能整合則會(huì)影響一套系統(tǒng)可以提供多少個(gè)聯(lián)機(jī)埠，這兩項(xiàng)都是關(guān)鍵因素，決定了服務(wù)供貨商必須付出多少成本，才能把一個(gè)聯(lián)機(jī)埠提供給一位最終用戶。無論是OEM廠商要完成其設(shè)計(jì)目標(biāo)，或是服務(wù)供貨商要達(dá)成其商業(yè)目標(biāo)，智能型模擬與電源管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)都是一個(gè)重要影響因素。