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1 引言 隨著因特網裂變般的發展，人們對信息的需求也從窄帶的電話、傳真、數據等業務向寬帶領域延伸，電訊網的主干網、長途交換網和局間中繼網已基本實現了數字化和寬帶化。但在高速信息網的末端（即用戶接入端）大多還使用窄帶的銅環電話線路與之相連，這成為制約因特網發展的最大瓶頸之一。因此，ADSL技術作為實現用戶端高速接入的一種低成本解決方案受到了廣泛的關注。 目前，ADSL的標準和實現技術正在穩步發展，產品的開發也進入高速發展期，在這種前提下，越來越多的開發者意識到，ADSLModem模擬前端的高性能將為產品贏得巨大的市場，換句話說：模擬前端性能的優劣也決定了開發的成敗。 2 ADSL的技術特點 ADSL（不對稱數字用戶線）技術有三個基本特性：一是可在一條銅環電話線路上同時傳輸高速數據和低速話音信號；二是不對稱特性，上下載速度之比約為1：10，即下載速度大約為6Mbps，而上載大約640kbps；三是有較長的傳輸距離，其速率與傳輸距離的關系見表1〔3〕。ADSL的技術特點很適合Internet用戶端的高速接入。 ADSL采用頻分復用（FDM）技術，在同一條電話銅環線路上實現非對稱高速傳輸，將一條銅環線分成三個信道：（1）普通電話業務（POTS）信道，頻帶為0～4kHz，通過前端數據分離器與數字信道分開；（2）上行數字信道，約為25kHz～150kHz，用于傳輸應答和控制信號；（3）下行數字信道，約為150kHz～1．1MHz。ADSL的調制一般采用DMT（離散多音頻調制），它將調制器分成許多（通常256）個帶寬為4k的小調制器，DMT使用許多載波建立子信道，每個子信道攜帶總信息的一個片段，子信道根據相應的載波中心頻率獨立調制、并行處理。子信道采用QAM調制技術并可攜帶0～15bits／ symbol／Hz（最大），當某個子信道噪聲過大時，就將信息轉移到噪聲小的信道，并關閉該子信道。 最大上載帶寬的理論值為： 25信道×15bit／symbol／Hz／信道×4kHz＝1．5Mbps 最大下載帶寬的理論值為： 249信道×15bit／symbol／Hz／信道×4kHz＝14．9Mbps〔3〕 子信道的實際帶寬取決于線路的特性。 3 前置放大器設計指標的確定 ADSL采用DMT方案來處理信號，該規范使得ADSL線性接口電路的設計相當困難，它要求輸 入編解碼器的信號具有較低的失真和良好的線性特性。為了彌補信號的失真，數字信號處理器必須不斷地改變其子信道，以尋找噪聲最低的信道，這極大地降低了信號的傳輸速率。導致失真的噪聲主要來源于ADSLmodem內部和外部，外部噪聲主要有：線路沖擊噪聲、白噪聲、衰減、串擾噪聲以及互調失真等；內部噪聲主要來自于器件內部，在信號路徑上的每個電路對失真都有影響：線性驅動器、模擬濾波器、ADC、DAC、增益放大器等。因此，仔細地考慮和分析每個元件的噪聲和失真對ADSL的設計尤其重要。 銅環雙絞線對高頻信號的衰減可達100dB〔1〕，放大器必須有足夠的靈敏度來檢測μV級的弱信號。更為重要的是，這樣微弱的信號必然為放大器外部和內部噪聲所淹沒，而且其頻譜也可能與有用信號重疊，僅用常規的濾波手段難以達到抑制噪聲的目的。設計性能優異的高共模抑制比、低噪聲前置放大器，盡量抑制共模和放大器本身噪聲將是重要的解決方案。對微弱信號放大器而言，CMRR（共模抑制比）一般至少要求高于120dB，這樣的指標一般僅用一個單運放是難以實現的。ADSL允許線路最大失真（THD）小于－65dB〔6〕、衰減小于35dB〔5〕，因此，放大幅度也將達35dB，由于后級編解碼器一般又提供了二級放大〔9〕，其總增益達20dB，所以，前置放大器增益可取為Gain≤20dB左右。 ADSL標準的ANSIT1．413要求確保噪聲功率譜密度為－140dBm，折合到100Ω線路阻抗的系統中，其等效輸入噪聲En應小于 在實際的系統中，噪聲功率譜密度要求≤－150dBm／Hz，或者輸入等效噪聲電壓En≤10nV [4]／般要求選擇低噪聲和低阻值的電阻。基于上述討論，前置放大器主要技術指標如下： 噪聲:En≤10nV 共模抑制比：CMRR≥120dB； 失真：THD≤－65dB； 帶寬：Bandwidth≥50MHz； 增益：Gain≤20dB 4 低噪聲前置放大電路的設計 4．1 THS6062簡介 THS6062是TI公司開發的新一代ADSL差分放大接收器，具有低噪聲、高速度、高共模抑制比等特點，其主要技術指標如下： 噪聲：電壓 En≤1.6nV 電流In≤1．2pA 帶寬：100MHz〔－3dB，G＝2（－1）〕 擺率：100V／μs； 驅動能力：90mA（典型值） 諧波失真：THD＝－72dBc（f＝1MHz，RL＝150Ω） THD＝－90dBc（f＝1MHz，RL＝1kΩ） 電壓供電：5V，±5V，±15V 共模抑制比：80～100dB 電源抑制比：80～95dB 輸入阻抗：2MΩ 輸出阻抗：13Ω 4．2 電路設計ADSL前置放大器電路如圖2所示。 1）電路元件參數的選取 根據噪聲系數〔9〕 可知：當取Rs＝1kΩ時，NF相對較小。其余阻值的選取如下：R2＝100Ω，R1＝200Ω 根據增益Gain＝Rf／R＝10，可選R＝100Ω，Rf＝1kΩ。 2）CMRR的計算 對于三運放組裝放大器的共模抑制比〔8〕 其中： 其中，CMRR1＝CMRR2＝CMRR3＝80dB，分別為運放A1、A2、A3的共模抑制比，在一般情況下，同一封裝中A1和A2的配對精度遠遠大于1％。CMRRR為電阻不對稱時產生的共模抑制比，當電阻精度為0．01％時，CMRRR＝80dB，故：CMRR＝200dB。 5 結束語 本文所設計的放大器具有電路簡單、性能指標高等特點，經測試表明各項技術指標符合預期目標，在開發的家居服務器外網接口模塊中得到了成功的應用。 |
