DSL模拟与电源管理白皮书

DSL模拟与电源管理白皮书

随着数字科技的发展进步，ADSL正把高速宽带联机的优点带给更多使用者，例如数据速率的大幅增加、永远畅通的联机以及不再需要额外的电话线路，这些都是ADSL赢过传统拨接服务的地方，也使得这项技术很快被普通消费者及企业用户所接受。

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，并提供服务给高达九成的客户。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：从局端至远距端点或客户端调制解调器，如何在这条长长（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个线路频道，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，它们可将8-Mbps全速率联机服务提供给更多用户，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施来连接这些用户，例如「数字回路载波」（DLC），其支持范围最远可达12,000英呎；其余用户则使用「光学网络接取装置」（ONU）来联机，他们主要分布在「多个居住单位」（MDU）的环境，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，必须采用更省电且更高线路密度的设计。

让ADSL基础设施采用智能型、高效率、且功能高度整合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，能协助做出最有效的DSL电源管理与模拟解决方案。TI拥有五个世代完整ADSL解决方案的发展经验、世界水平的模拟与电源管理技术以及先进的半导体制程技术，可为今日ADSL系统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、高效能省电型编码译码器以及各种电源管理产品，它们都是完整ADSL模拟解决方案的一部份。为提供最好的功能整合与省电特性，这些产品设计也紧密配合TI以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，把省电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，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电力，才能推动全速率「离散多音频」（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拓朴的进步，若采用功能高度整合的线路驱动器／接收器，例如TI的TPS7102与TPS7103，那么每个通讯频道只须少于1-W的电力，就可执行同样的功能。

透过设计拓朴的改良以及组件的整合，系统效能可以大幅提升。举例来说，TI就是逐渐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B类驱动器，现在则是采用全主动终端技术的驱动器，例如TPS7102与TPS7103。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离散多音频信号。

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和一个采用主动终端技术的低功率差动线路驱动器之外，TPS7102与TPS7103也内建多个发射滤波器、接收滤波器以及整合式的发射／接收增益电阻，这些功能以前是由离散零件提供。

虽然线路驱动器／接收器仍是设计最佳化的一个重要领域，但电路拓朴、功能整合及系统知识的发展也可以减少设备体积与电力消耗。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频道数目 － 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；测试线路时，这颗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；由于每条线路都可降低6.5-V电压，若乘上每条线路200-mW的平均电流，那么具有1,000条线路的系统就能节省15% 总电源，厂商也能做出线路密度增加15% 的解决方案。

系统设计人员希望在设计简单性以及系统工作效能之间取得平衡，TI的ADSL电源管理解决方案让他们在这方面享有最大d性。设计人员有一系列的集成电路解决方案可供选择，他们可以根据自己的需求，发展高度最佳化的应用系统。这些产品包括「隔离式开关控制器」（isolated switching controller）、监督电路、低压降稳压器（LDO）、热抽取控制器、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。他们还可以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d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「垂直安装式」（vertical-mount）的SIP封装选项。

编码／译码器（codecs）

在模拟ADSL系统设计中，编码与译码电路的困难程度并不会超过其它功能，例如线路驱动器，但它仍是功能整合以节省电路板面积或是节省电源的一个目标；做为整个智能型模拟设计的一部份，它是进一步减少电源和电路板面积需求的重要方法之一。

TI新推出的TLV320AD18就是一个例子，这颗编码／译码器拥有八个数据信道，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是从系统阶层观点来处理ADSL设计问题，并拥有五个世代完整DSL解决方案所累积的多年实际经验，因此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与完整的参考设计，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。电源消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最终用户。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。