基于AD8016的ADSL线路驱动电路的设计

2006-05-07 15:50:06来源: 电子技术应用

    在不影响现有普通电话业务(POTS)情况下,ADSL采用频分复用(FDM)实现在同一双绞铜线上进行非对称高速传输。因此铜线上存在三个信道:(1)普通电话业务(POTS)信道,所占频带为0~4kHz,通过数据分离器(Splitter)与数字信道分开(2)上行数字信道,约为25kHz~150kHz,用于传输控制及应答信息(3)下行数字信道,约为150kHz~1.1MHz。ADSL的国际标准使用离散多音频调制DMT(Discrete MultiTone Modulation)作为调制方案。利用频分调制(FDM)把可用的下行带宽1.104MHz分成256个4kHz带宽子信道,分别使用QAM独立调制,每个子信道保护间隔为0.3125kHz。一般地,上行信道使用第6到第31#子带(约25kHz~134kHz),下行信道使用第38到第255#子带(约163kHz~1.1MHz),其中子带16(69kHz)和64(276kHz)用作导频。

2 ADSL的传输环境和调制技术对驱动电路的要求

    ADSL系统所使用的传输媒质(普通市话双绞线)是为开通电话业务而建立的,其低频段频率特性较好;在双绞线高频段,幅频特性、时延特性随频率升高而迅速恶化,衰减十分严重。同时,非屏蔽的市话线易感应外界的其它干扰信号,典型的噪声本底为-140dBm/。根据仙农定理,信噪比只有达到45~50dB,才能得到12bit/Hz的带宽利用率。但为了减少ADSL业务对同一线缆中的其它话线对的干扰,发送信号功率只能限于-40dBm/。

    ADSL规范使用离散多音频DMT调制技术,它将可用带宽分为多个子信道,分别使用QAM独立调制。数字信号处理器可根据子信道的瞬时衰减特性、群时延特性和噪声特性自适应地调整其参数,按照每个子信道传递数据的实际能力分配不同比特数,从而使信道容量能够接近理论极限。和其他多载波调制技术一样,当各子载波频率上的已调信号相位一致时信号出现峰值,这就要求线路驱动放大器具备很高的无失真动态范围。此时衡量线驱动放大器输出信号保真性能的主要指标就是多音频功率比(MTPR),MTPR是指某一子频带的测量功率与另一特定的不包含QAM数据的子频带功率的相对比值,用dBc表示。信号的峰值与有效电平的比值称为峰均比或峰值因子,ADSL系统中的DMT信号的峰值因子是5.3,电话线的特性阻抗以100欧姆为标准,根据它可以确定达到要求功率所需的电压和电流值。需要指出的是ITU-T的ADSL规范定义了两种ADSL技术:一种称为全速率ADSL;另一种称为低速率ADSL即G.Lite。其根本区别在于G.Lite只使用了约0.5MHz带宽,是全速率ADSL带宽的二分之一。表1小结了ADSL系统的特征参数及其电气要求。

表1 ADSL系统的特征参数及其电气要求

参    数 全速率ADSL下行 ADSL G.Lite下行 全速率ADSL或G.Lite上行

特征

频带(kHz) 133.7~1104 133.7~552 25.8~129.4
功率谱密度,PSD(dBm/Hz) -40 -40 -37
线路功率(dBm) 20.4 16.3 13

电气要求

RMS线路功率(mW) 100 43 20
线路阻抗(Ω) 100 100 100
RMS线路电压(V) 3.1 2 1.4
RMS线路电流(mA) 31 21 15
峰均比,PAB 5.3 5.3 5.3
线路峰值电压(V) 16.5 11 7.6
线路峰-峰值电压(V) 33 22 15.2
线路峰值电流(mA) 170 110 76
线路峰值功率(mW) 2725 1175 580

    由于ADSL调制解调器的电源电压一般都在±12V,这就限制了线驱动器输出电压的范围,要获得规定的输出功率,对于线路驱动放大器输出电流的要求就会相应增大。因此根据表1要求,选择ADSL线路驱动放大器时应该满足表2指标要求。

表2 ADSL线驱动放大器基本指标要求

指标 带宽 线性输出电流 电压摆率 失真
要求 >50MHz >500mA >900V/μs <-65dBc@1MHz

3 面向xDSL应用的线驱动放大器——AD8016

    随着xDSL市场的迅猛增长,已有多家半导体公司推出了适应xDSL应用的线驱动放大器,主要有模拟器件公司的AD815、AD8016,Linear Tech.公司的LT1210,德州仪器公司的THS6002、THS6012等。其中AD8016是美国模拟器件公司ADI推出的专为xDSL系统中线驱动接口而设计的低功耗、高输出电流的双放大器,是目前市场上效率最高的xDSL线路驱动器。AD8016采用ADI公司的专利技术——介质隔离超高速互补双极型XFCB工艺制造,采用电流反馈形式,从而具备了适应xDSL应用要求的高带宽、高驱动电流以及低失真的特性。AD8016还具有两个电源管理引脚PWDN1、PWDN2,通过分别设置逻辑“1”、“0”可实现四个功耗等级下的运行(100%、60%、40%、25%),从而可以灵活地适应从局端到用户端的各种ADSL标准的应用。

    AD8016的主要特性参数如下:

    动态性能

    -3dB带宽 78MHz

    0.1dB平坦带宽 38MHz

    电压摆率(G=+2) 1000V/μs

    上升和下降时间 2ns

    建立时间(峰-峰电压VOUT=2V) 23ns

    噪声/失真性能

    二阶谐波(f=1MHzR=100Ω) -77dBc

    三阶谐波(f=1MHzR=100Ω) -93dBc

    多音频功率比MTPR(26kHz~1.1MHz,ZLINE=100Ω,PLINE=20.4dBm)   -75dBc

    噪声电压(RTI)(f=10kHz) 4nV/Hz

    输入特性

    RTI偏置电压  1.0mV

    输入电阻  400kΩ

       输入电容 2pF

    共模抑制比 64dB

    输出特性

    线性输出电流(G=5RL=10Ω,f1=100kHz-60 dBc SFDR) 600mA

    短路电流 2000mA

    容性负载驱动能力 80pF

    供电

    工作电压范围 ±3~±13V

    静态电流(全功率运行) <13.2 mA/Amp

    关断电流 1.5mA/Amp

    AD8016的外形引脚如图2所示。

    图3给出的是AD8016差分应用的原理电路,差分信号从两个运放的同相端输入,环路增益由Rf1、Rf2和R的比值确定:G=Rf / 2Rg(一般,Rf1=Rf2=R)。由于AD8016使用电流反馈工作方式,电路的实际增益与计算所得有一定误差,而且反馈电阻的选择也对电路性能有很大的影响。正如前面所讨论的那样,需要使用一个变压器减小等效负载阻抗来降低对线驱动器输出电压的要求。这里变压器的初级与次级的匝数比为1:2,因此反映到初级一边的等效负载阻抗为25Ω。串联于放大器输出端的两个小电阻Rt1、Rt2提供与初级的等效负载阻抗的匹配:Rt1=Rt2=12.5Ω;同时ADSL系统中的接收电路也可以简单地从Rt1、Rt2取得接收信号。

4 基于AD8016的ADSL线路驱动电路

    最后,给出一个基于AD8016完整的实用ADSL客户端线路驱动电路,该电路已应用于我们开发的ADSL调制解调器。如图4所示。

    在线路端即变压器次级一边,保险丝F1、F2起过电流保护作用,CR1、CR2是Teccor公司新近推出的双向瞬态过压保护器件SIDACtor,过电压响应速度达ns级,提供线路对地的过压保护。同相输入端要接一个小电阻(100Ω~200Ω)以减少时间常数失配。作为全速率ADSL客户端设备应用时,电源电压为+10V/-10V,在电源脚的附近分别接0.1μF和10μF去耦电容消除干扰。该电路传送到负载的功率为13dBm,输出电压峰-峰值能够达到15.8V,峰值输出电流为159mA。

    xDSL技术的其他成员还包括HDSL、HDSL2、VDSL、SDSL等。它们的线路驱动电路的设计原则与ADSL系统是相类似的,主要区别只是被线路驱动放大器发送到电话线上的实际功率的大小不同,因而以上所讨论的概念及设计原理同样可以应用于其他系统。

编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/network/200605/2991.html
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