利用先進模擬與電源管理設計滿足ADSL系統設計目標

利用先進模擬與電源管理設計滿足ADSL系統設計目標


雖然數字科技是ADSL的技術基礎，但仍要靠著互補搭配的模擬與混合信號技術，服務供貨商才能以低成本大幅建置ADSL線路，并提供服務給九成以上的客戶。從許多方面來看，ADSL設計的模擬與混合信號部份是達成系統總目標的跳板；設計良好的模擬與混合信號電路可大幅減少系統的電力消耗，讓工程師用更少零件做出功能整合性更高的產品，進而降低系統每個聯機端口的成本。服務供貨商的目標是減少用戶聯機價格，同時又增加自己的利潤，因此每個聯機埠的成本就成為他們最重視的考慮。

低功率的重要性

ADSL系統設計人員最初只關心一件事：如何在從局端至遠距端點或客戶端調制解調器的這條長（18,000英呎）線路上提供很高的數據傳輸效能。隨著ADSL用戶的增加，廠商很快發現由于局端設備的空間、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計。舉例來說，第一代ADSL電路板只能服務四條線路，今天的電路板卻可提供72個線路服務，證明電源與空間是更重要的考慮因素。

為了達到ADSL覆蓋率超過九成的目標，OEM廠商目前把重點放在中距離以及短距離的聯機設備，以提供8-Mbps全速率聯機服務給更多用戶，特別是距離太遠而無法使用局端線路的用戶。服務供貨商利用中距離基礎設備來連接這些用戶，例如「數字回路設備」（DLC），其支持范圍最遠可達12,000英呎；其余用戶主要分布在「多個居住單位」（MDU）的環境，則使用「光纖網絡接取設備」（ONU）來聯機，距離通常不超過6,000英呎。受到實際環境影響，這些設備的空間多半更為狹小，必須采用更省電且密度更高的線路設計。

讓ADSL局端系統采用智能型、高效率、且功能整合度高的模擬與電源管理設計，就可以解決設備的空間以及電源問題，確保ADSL線路的普及；利用這些設計，OEM廠商可制造出低成本、高線路密度的產品，使服務供貨商得以將價格更低廉的線路提供給更多使用者。

因此對制造商及服務供貨商來說，ADSL解決方案供貨商的選擇就非常重要，他們必須具備系統知識、制程技術以及功能整合的經驗，能協助做出最有效率的DSL電源管理與模擬解決方案。利用擁有五個世代完整ADSL解決方案的發展經驗，TI帶來最先進的模擬與電源管理解決方案。

TI為ADSL系統設計提供多種高效能模擬解決方案，包括系列完整的線路驅動器與接收器、整合式線路驅動器／接收器、高效能低功耗編碼譯碼器以及各種電源管理產品。為提供最好的功能整合與低功率特性，ADSL模擬解決方案一部份的產品設計也緊密配合以TI DSP為基礎的數字DSL收發器；此外，設計人員若須對系統做較大幅度修改，也可以從TI模擬與電源管理產品中選擇特定零件，這些產品不但支持所有的ADSL標準，還可做為完整的ADSL解決方案或是獨立零組件，把低功率特性帶給部份或是整個系統。

線路驅動器／接收器 －

要減少系統電力消耗以增加電路板密度，最大挑戰來自線路驅動器與接收器設計，這些組件會接至實際線路，讓ADSL信號能在線路上來回傳送。在早期推出的局端設備設計里，線路驅動器需要2.5-W功率，才能推動全速率DMT ADSL信號；今天，整合式線路驅動器／接收器仍是系統電力消耗的主要來源，但隨著設計的改良與電路架構的進步，若采用功能高度整合的線路驅動器／接收器，例如TI的THS7102與THS7103，那么每個聯機埠只須1.1W的功率，就可執行同樣的功能。

透過設計架構的改良以及組件的整合，系統效能可以大幅提升。TI就是延著放大器技術曲線來發展線路驅動器產品，從A/B類線路驅動器開始，然后是G類驅動器，現在則是采用全主動終端技術的驅動器，例如THS7102與THS7103。主動終端技術又稱為合成阻抗，此種線路驅動器技術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，線路驅動器的輸出電壓要求也會隨之降低，于是TPS7102與TPS7103只須一個 +15V電源，就能推動以全速率下傳的ADSL DMT信號。

在模擬系統效能的最佳化過程里，功能整合也很重要。除了一個低功率差動接收器(low power differential receiver) 和一個采用主動終端技術的低功率差動線路驅動器之外，THS7102與THS7103也整合多個以前由離散零件提供的發射濾波器、接收濾波器以及整合式的發射／接收增益電阻。

雖然線路驅動器／接收器仍是設計最佳化的一個重要領域，但電路架構、功能整合及系統知識的發展也可以減少系統設備的體積與電力消耗。這些進步將對OEM廠商與服務供貨商的目標產生重大沖擊，包括減少每個聯機埠的電力消耗，同時增加每張電路板、每個機柜以及每套系統的通訊聯機端口數目 － 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設計發揮最大潛力，電源管理功能的最佳化是重要因素。所有ADSL系統都非常重視散熱、電路板面積與系統保護，而透過先進的電源管理技術，設計人員可大幅增加系統工作效能。

TI的「主動電源管理」（Active Power Management）技術是一個很好例子，證明智能型電源管理解決方案可大幅降低每個聯機埠的電力消耗，減少產生熱量，讓廠商發展出線路密度更高的解決方案。TI TPS54900允許一套ADSL系統根據信號驅動要求，動態調整線路驅動器的供應電壓；在測試線路時，TI ADSL收發器會先計算回路長度，再要求一個最適當電壓來驅動這條線路。

舉例來說，采用固定電壓的驅動器可能需要15-V工作電壓，但TI TPS54900的主動電源管理技術在計算回路長度后，可能認為8.5-V已經足夠；許多回路已成功將信道電壓降至6.5V，功率消耗也減少一半，這是非常重大的成就，特別對于新建置的更短距離回路設施，它們至少涵蓋50%潛在用戶居住區域。

TI的ADSL電源管理解決方案讓系統設計人員在設計簡單性以及系統工作效能之間的平衡享有最大彈性。設計人員有一系列的整合電路解決方案可供選擇，他們可以根據自己的需求，發展最佳化的應用系統。這些產品包括「隔離式開關控制器」（isolated switching controller）、監督電路(supervisory circuits)、低壓降穩壓器（LDO）、隨機抽取控制器(hot swap controllers)、直流電源轉換開關控制器以及內建MOSFET開關的直流電源轉換器。如果設計人員要簡化設計過程，加快產品上市時間，也可以選用實作容易、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為它的電源管理產品提供完整支持，包括豐富的設計資源與系統知識經驗，使設計工程師得以改進系統工作效能。他們還利用創新的封裝技術來節省電路板面積，例如PowerPADTM封裝就提供一個外露的散熱墊，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，為了增加設計彈性，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「垂直黏著」（vertical-mount）的SIP(single in-line package)封裝選項。

編譯碼器（codecs）

ADSL系統必須執行模擬／數字以及數字／模擬轉換，雖然它們的功率消耗比線路驅動器少，但ADLS編碼譯碼器仍是減少電路板面積和功率消耗的絕佳整合目標；做為智能型模擬設計的一部份，它也是進一步降低功率和電路板面積需求的重要方法。

TI新推出的TLV320AD18就是一個例子，這顆編碼／譯碼器可支持八個數據信道，可以在1.5-V電壓下工作，而且每個通道的電源都可獨立切斷，以減少電力消耗及散熱量。除了節省電源外，這顆組件也整合許多其它功能，若用它來設計局端設備，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。

設計支持

除了先進芯片技術外，若要完成最先進的模擬ADSL設計，那么適當的設計支持也非常重要。TI是從系統觀點來處理ADSL設計問題，透過五個世代完整DSL解決方案所累積的多年實際經驗，TI可為設計人員的發展計劃提供適當支持。硬件支持包括評估模塊 (EVM) 與完整的參考設計，讓設計人員可直接用TI設計來開發產品；另外還有模擬與電源管理方面的資源，例如參考設計、應用說明、使用者指南與組件數據手冊。

結論

總結來看，一套ADSL系統能否成功，主要在于服務供貨商必須為每個聯機埠支付多少成本。電源功耗決定了系統的功能整合密度，功能整合則會影響一套系統可以提供多少個聯機埠，這兩項都是關鍵因素，決定了服務供貨商必須付出多少成本，才能把一個聯機埠提供給一位終端用戶。無論是OEM廠商要完成其設計目標，或是服務供貨商要達成其商業目標，智能型模擬與電源管理系統設計都是一個重要影響因素。