非對稱數(shù)字用戶線ADSL是一項新興的寬帶接入技術(shù)，它在不影響電話服務(wù)的情況下可利用市話銅線向用戶提供兆比特級接入服務(wù)。隨著ADSL技術(shù)走向成熟以及因特網(wǎng)業(yè)務(wù)迅猛發(fā)展而對寬帶接入需求的日益高漲，電信運(yùn)營商和ISP開始大量部署ADSL業(yè)務(wù)。這就要求那些ADSL設(shè)備的設(shè)計和生產(chǎn)者只有提供更富競爭力的產(chǎn)品，才能贏得更大的市場。
　　ADSL優(yōu)異性能的關(guān)鍵是基于高速數(shù)字信號處理技術(shù)的數(shù)字調(diào)制技術(shù)。然而要將已調(diào)信號無失真地送到雙絞線上并滿足所需的輸出功率，則需要一個高性能的模擬接口電路。模擬接口電路主要由線路驅(qū)動電路、線路接收電路和混合電路組成。本文概述了ADSL規(guī)范對放大器信號的要求并著重介紹ADSL線路驅(qū)動電路中線驅(qū)動放大器的選擇和實用電路的設(shè)計。
1 ADSL系統(tǒng)的基本概念
　　隨著越來越多的業(yè)務(wù)匯聚于因特網(wǎng)上，接入環(huán)路逐漸成為網(wǎng)絡(luò)的瓶頸段。如何才能在現(xiàn)有接入網(wǎng)的設(shè)施基礎(chǔ)上提供更高帶寬的數(shù)據(jù)服務(wù)，就成為一個迫切需要解決的問題。在現(xiàn)有銅質(zhì)雙絞市話線上，目前絕大多數(shù)應(yīng)用只使用了0～4kHz的話音頻帶，使用高效數(shù)字調(diào)制技術(shù)后則可以利用高達(dá)10MHz的帶寬。隨著數(shù)字信號處理技術(shù)及大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)出現(xiàn)了各種充分利用雙絞線帶寬的方案，統(tǒng)稱為數(shù)字用戶線(xDSL)技術(shù)。ADSL即非對稱數(shù)字用戶線(Asymmetric Digital Subscriber line)就是其中最引人注目的一員。它是利用已有的市話銅線，在不影響現(xiàn)有電話服務(wù)的情況下向用戶提供兩個傳輸方向上不對稱速率的寬帶傳輸業(yè)務(wù)，適應(yīng)了接入網(wǎng)中絕大部分業(yè)務(wù)下行速率遠(yuǎn)大于上行速率的需求。下行(端局至用戶)典型速率可達(dá)6Mbps，上行(用戶至端局)速率可達(dá)640kbps，實際速率與線路狀況及距離有關(guān)。圖1所示為一個ADSL系統(tǒng)的典型應(yīng)用示意圖。

　　在不影響現(xiàn)有普通電話業(yè)務(wù)(POTS)情況下，ADSL采用頻分復(fù)用(FDM)實現(xiàn)在同一雙絞銅線上進(jìn)行非對稱高速傳輸。因此銅線上存在三個信道：(1)普通電話業(yè)務(wù)(POTS)信道，所占頻帶為0～4kHz，通過數(shù)據(jù)分離器(Splitter)與數(shù)字信道分開;(2)上行數(shù)字信道，約為25kHz～150kHz，用于傳輸控制及應(yīng)答信息;(3)下行數(shù)字信道，約為150kHz～1.1MHz。ADSL的國際標(biāo)準(zhǔn)使用離散多音頻調(diào)制DMT(Discrete MultiTone Modulation)作為調(diào)制方案。利用頻分調(diào)制(FDM)把可用的下行帶寬1.104MHz分成256個4kHz帶寬子信道，分別使用QAM獨(dú)立調(diào)制，每個子信道保護(hù)間隔為0.3125kHz。一般地，上行信道使用第6到第31#子帶(約25kHz～134kHz)，下行信道使用第38到第255#子帶(約163kHz～1.1MHz)，其中子帶16(69kHz)和64(276kHz)用作導(dǎo)頻。
2 ADSL的傳輸環(huán)境和調(diào)制技術(shù)對驅(qū)動電路的要求
　　ADSL系統(tǒng)所使用的傳輸媒質(zhì)(普通市話雙絞線)是為開通電話業(yè)務(wù)而建立的，其低頻段頻率特性較好；在雙絞線高頻段，幅頻特性、時延特性隨頻率升高而迅速惡化，衰減十分嚴(yán)重。同時，非屏蔽的市話線易感應(yīng)外界的其它干擾信號，典型的噪聲本底為－140dBm/。根據(jù)仙農(nóng)定理，信噪比只有達(dá)到45～50dB，才能得到12bit/Hz的帶寬利用率。但為了減少ADSL業(yè)務(wù)對同一線纜中的其它話線對的干擾，發(fā)送信號功率只能限于－40dBm/。
　　ADSL規(guī)范使用離散多音頻DMT調(diào)制技術(shù)，它將可用帶寬分為多個子信道，分別使用QAM獨(dú)立調(diào)制。數(shù)字信號處理器可根據(jù)子信道的瞬時衰減特性、群時延特性和噪聲特性自適應(yīng)地調(diào)整其參數(shù)，按照每個子信道傳遞數(shù)據(jù)的實際能力分配不同比特數(shù)，從而使信道容量能夠接近理論極限。和其他多載波調(diào)制技術(shù)一樣，當(dāng)各子載波頻率上的已調(diào)信號相位一致時信號出現(xiàn)峰值，這就要求線路驅(qū)動放大器具備很高的無失真動態(tài)范圍。此時衡量線驅(qū)動放大器輸出信號保真性能的主要指標(biāo)就是多音頻功率比(MTPR)，MTPR是指某一子頻帶的測量功率與另一特定的不包含QAM數(shù)據(jù)的子頻帶功率的相對比值，用dBc表示。信號的峰值與有效電平的比值稱為峰均比或峰值因子，ADSL系統(tǒng)中的DMT信號的峰值因子是5.3，電話線的特性阻抗以100歐姆為標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)它可以確定達(dá)到要求功率所需的電壓和電流值。需要指出的是ITU－T的ADSL規(guī)范定義了兩種ADSL技術(shù)：一種稱為全速率ADSL；另一種稱為低速率ADSL即G.Lite。其根本區(qū)別在于G.Lite只使用了約0.5MHz帶寬，是全速率ADSL帶寬的二分之一。表1小結(jié)了ADSL系統(tǒng)的特征參數(shù)及其電氣要求。
　　由于ADSL調(diào)制解調(diào)器的電源電壓一般都在±12V，這就限制了線驅(qū)動器輸出電壓的范圍，要獲得規(guī)定的輸出功率，對于線路驅(qū)動放大器輸出電流的要求就會相應(yīng)增大。因此根據(jù)表1要求，選擇ADSL線路驅(qū)動放大器時應(yīng)該滿足表2指標(biāo)要求。

3 面向xDSL應(yīng)用的線驅(qū)動放大器——AD8016
　　隨著xDSL市場的迅猛增長，已有多家半導(dǎo)體公司推出了適應(yīng)xDSL應(yīng)用的線驅(qū)動放大器，主要有模擬器件公司的AD815、AD8016，Linear Tech.公司的LT1210，德州儀器公司的THS6002、THS6012等。其中AD8016是美國模擬器件公司ADI推出的專為xDSL系統(tǒng)中線驅(qū)動接口而設(shè)計的低功耗、高輸出電流的雙放大器，是目前市場上效率最高的xDSL線路驅(qū)動器。AD8016采用ADI公司的專利技術(shù)——介質(zhì)隔離超高速互補(bǔ)雙極型XFCB工藝制造，采用電流反饋形式，從而具備了適應(yīng)xDSL應(yīng)用要求的高帶寬、高驅(qū)動電流以及低失真的特性。AD8016還具有兩個電源管理引腳PWDN1、PWDN2，通過分別設(shè)置邏輯“1”、“0”可實現(xiàn)四個功耗等級下的運(yùn)行(100%、60%、40%、25%)，從而可以靈活地適應(yīng)從局端到用戶端的各種ADSL標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用。
　　AD8016的主要特性參數(shù)如下：
　　動態(tài)性能
　　　　－3dB帶寬 78MHz
　　　　0.1dB平坦帶寬 38MHz
　　　　電壓擺率(G＝+2) 1000V/μs
　　　　上升和下降時間 2ns
　　　　建立時間(峰－峰電壓V_OUT＝2V) 23ns
　　噪聲/失真性能
　　　　二階諧波(f_c＝1MHz,RL＝100Ω) －77dBc
　　　　三階諧波(f_c＝1MHz,RL＝100Ω) －93dBc
　　　　多音頻功率比MTPR(26kHz～1.1MHz，Z_LINE＝100Ω，P_LINE＝20.4dBm) －75dBc
　　　　噪聲電壓(RTI)(f＝10kHz) 4nV/
　　輸入特性
　　　　RTI偏置電壓 1.0mV
　　　　輸入電阻 400kΩ
　　　　輸入電容 2pF
　　　　共模抑制比 64dB
　　輸出特性
　　　　線性輸出電流(G＝5,RL＝10Ω，f1＝100kHz,－60 dBc SFDR) 600mA
　　　　短路電流 2000mA
　　　　容性負(fù)載驅(qū)動能力 80pF
　　供電
　　　　工作電壓范圍 ±3～±13V
　　　　靜態(tài)電流(全功率運(yùn)行) ＜13.2 mA/Amp

　　　　關(guān)斷電流 1.5mA/Amp
　　AD8016的外形引腳如圖2所示。

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　　圖3給出的是AD8016差分應(yīng)用的原理電路，差分信號從兩個運(yùn)放的同相端輸入，環(huán)路增益由R_f1、R_f2和R_g的比值確定：。由于AD8016使用電流反饋工作方式，電路的實際增益與計算所得有一定誤差，而且反饋電阻的選擇也對電路性能有很大的影響。正如前面所討論的那樣，需要使用一個變壓器減小等效負(fù)載阻抗來降低對線驅(qū)動器輸出電壓的要求。這里變壓器的初級與次級的匝數(shù)比為1:2，因此反映到初級一邊的等效負(fù)載阻抗為25Ω。串聯(lián)于放大器輸出端的兩個小電阻R_t1、R_t2提供與初級的等效負(fù)載阻抗的匹配：R_t1＝R_t2＝12.5Ω；同時ADSL系統(tǒng)中的接收電路也可以簡單地從R_t1、R_t2取得接收信號。
4 基于AD8016的ADSL線路驅(qū)動電路
　　最后，給出一個基于AD8016完整的實用ADSL客戶端線路驅(qū)動電路，該電路已應(yīng)用于我們開發(fā)的ADSL調(diào)制解調(diào)器。如圖4所示。

　　在線路端即變壓器次級一邊，保險絲F1、F2起過電流保護(hù)作用，CR1、CR2是Teccor公司新近推出的雙向瞬態(tài)過壓保護(hù)器件SIDACtor，過電壓響應(yīng)速度達(dá)ns級，提供線路對地的過壓保護(hù)。同相輸入端要接一個小電阻(100Ω～200Ω)以減少時間常數(shù)失配。作為全速率ADSL客戶端設(shè)備應(yīng)用時，電源電壓為+10V/－10V，在電源腳的附近分別接0.1μF和10μF去耦電容消除干擾。該電路傳送到負(fù)載的功率為13dBm，輸出電壓峰－峰值能夠達(dá)到15.8V，峰值輸出電流為159mA。
　　xDSL技術(shù)的其他成員還包括HDSL、HDSL2、VDSL、SDSL等。它們的線路驅(qū)動電路的設(shè)計原則與ADSL系統(tǒng)是相類似的，主要區(qū)別只是被線路驅(qū)動放大器發(fā)送到電話線上的實際功率的大小不同，因而以上所討論的概念及設(shè)計原理同樣可以應(yīng)用于其他系統(tǒng)。
參考文獻(xiàn)
1 AD8016 “Low Power,High Output Current xDSL Line Driver” Data Sheet.Analog Device Inc. 1998
2 Tim Regan.ADSL Line Driver/Receiver Design Guide. Part 1/II, Linear Technology,2000;10 (1和2)
3 Amitava Dutta－Roy.A second wind for wiring. IEEE Spectrum，Sep.1999;36(9)