DSL驱动器电路的主动匹配

发布时间：2020-07-21 19:05:36 阅读：次来源：浴袍厂家

目前DSL设备越来越趋于高密化，对于DSLAM用户，必须更好地优化DSL线路驱动器的性能和功耗。主动匹配模式(Active termination)正是这种既可降低线路驱动器功耗又能优化其性能的技术。本文先回顾一下传输线路的匹配特点，然后再研究驱动器及其输出阻抗，并就单端驱动电路、高阻输入驱动电路、差分驱动电路、反向差分驱动电路进行分析和讨论，最后得出主动反馈模式的反馈电阻的准确值。

本文引用地址：简单来说，传输电缆的长度远远大于发送信号波长的场合需要阻抗匹配。如图1所示，线路的特性阻抗为Zo。要获得最大的功率传输，负载阻抗必须等于线路的特性阻抗。如果阻抗不匹配，部分驻波功率将会通过线路反射到信号源。为了确保驻波不再返回到负载上，线路源的阻抗也必须与线路的特性阻抗相匹配。

一个理想的电压源的输出电阻应为零，所以Zs等于Zo。

驱动放大器可作为线路的电压源。如图2所示，信号源的阻抗为回馈电阻和驱动器内阻串联。由于反馈电路对驱动器输入端呈高阻特性，所以对驱动器的输出内阻基本没有影响。而信号频率则对驱动器内阻起着关键的因素。对于ADSL局端驱动器而言，工作频率大约为1MHz，EL1507C的输出阻抗为0.01Ω。由于传输线路的特性阻抗为100Ω并且回馈匹配电阻也为100Ω，所以驱动器的输出阻抗可以忽略不计

图3为被动匹配模式的基本电路。RBM是为与信号源的匹配电阻，它的值与线路的特性阻抗Zsource和负载阻抗ZL相等。放大器的输出阻抗由增益来调节，与相串联的回馈电阻值相比可忽略不计。

ADSL采用差分线路来驱动DMT信号。由图4可知，电路的共模端总增益电阻RG为单端模式的2倍，双绞线的总线路阻抗为2倍的单线阻抗Zo，这种被动的差分模式与单端模式一样，回馈电阻与负载阻抗相等，线路的总功率消耗非常大

被动反馈模式虽然具有线路驱动和匹配的功能，但也有许多缺点。尽管驱动器的输出阻抗值不算大，但不可忽略。由于它受频率和失真度的影响较大，还会导致许多不匹配问题；回馈电阻必须与双绞线的终端阻抗匹配，于是驱动器输出的电压被回馈电阻和负载所分压。要满足一个负载电平，驱动器必须输出双倍的电平值，不仅提高了驱动器的电压幅度，而且它的功耗也随之而增加，可是回馈电阻的功率却转换为热量损耗掉。驱动器的外部总功耗同样为负载功耗两倍，而且还要加上驱动器的静态功耗。

驱动模式中的负反馈电路可用于设置放大器的增益，而正反馈电路则可在不明显改变驱动器增益的条件下调节驱动器的输出阻抗。正反馈电路可使驱动器模拟输出较大的阻抗，从而可以使回馈电阻值减小。反馈量越大，回馈电阻越小。在不影响整个电路匹配的条件下，回馈电阻值的减小可使驱动器的输出电压和总功耗同时降低。

主动反馈模式的驱动电路如图5所示。相对于被动模式的电路来说，仅仅增加了RP1和RP2两个电阻便组成了正反馈回路，从而减小了回馈电阻值。

为了方便起见，我们引入一个负载阻抗和回馈电阻的比例系数K，K=ZL/RBM。使驱动器稳定的典型K值通常选定在4或5(可从2～10取值)。

由于采用了正反馈模式，从而增加了驱动器的输出阻抗，从而可使回馈电阻值减小，当然整个信号源的阻抗不变。

这里我们给出一种标准测量电路输出阻抗的方法。

如图6所示，输入端接地，将测试电压Vx加于输出端，Zsource=Vx/Ix。

假定：V+=V-，RBM<流入正反馈回路的电流可以忽略)，驱动器的输入电流为零。

依照欧姆定律，电路的等式为：

从公式中可知，正负输入端的电压由各自输出端的电压与回馈电阻的比值所决定。这些反馈电阻可模拟较大的放大器输出阻抗，从而减小回馈电阻的阻值。

如图7所示，先将测试电压VIN放于输出端，

然后再计算带载电输出电压VOUT。这样AV=VOUT/VIN

仍假定：

V+=V-，RBM<，放大器的输入电流为零。

那么得出电路的等式为：

K值与回馈电阻成反比关系，K值越大则回馈电阻越小。从等式中可知驱动器的增益AV与K值与电阻的分压比成正比。

表1为线路驱动器的被动与主动反馈模式的参数比较

假定：Vout=10Vpp的正弦波、负载电阻=50Ω、K=5

由表中可得出结论：主动反馈模式的回馈电阻比被动反馈小了20%；主动反馈模式时的驱动器输出电压为12Vpp，而被动模式则要20Vpp；主动反馈模式的总功耗仅为2.4W，相对于被动模式的4W减小了40%的功耗。

为了减小反馈电阻在电路里的附加损耗，通常都要求采用较大值的反馈电阻，从而使得总功耗更为减小。

对于DSL的驱动模拟前端(AFE)，要求后级负载呈现高阻抗。然而正反馈电阻的增加却降低了驱动器的输入阻抗。必须对反馈电路作进一步的改进。在正反馈电路中加入了一个反相器，将经过反相器倒相的反馈信号再引入驱动器的负极输入端，两次负极性的信号得出正极信号。这样就可使驱动器的正极输入端不受反馈电阻影响而直接与模拟前端(AFE)的输出相连。

如图8所示，加入的反相器可使驱动器同时具有高输入阻抗和主动反馈模式的特性。然而这种单端方式必须多加一个反相器，考虑到器件占位和功耗限制的因素，对采用差分驱动方式的DSL系统而言是不实用的。

如图9所示，Rp为正反馈电阻。正反馈电路的反相信号由差分线路的另一个驱动器输出端所提供。电路采用交叉耦合的方式，即从一个驱动器的输出端引出信号，然后再将其与另一个驱动器的负相输入端相连，注意到差分电路输出信号反相的特点，因此为负负得正的正极性。另外，由于从差分信号输出端引出的输入信号相位为零，因而输出也没有相位差。这里Rp等同于单端电路的正反馈电阻。

在这个电路里，由于K值和驱动器相对于模拟前端(AFE)的输出阻抗都呈现较大值，因而回馈电阻会进一步减小。于是负载通过双绞线可获得绝大部分功率输出。电路中增加的Rp正反馈电阻使线路的总功耗降低和回馈电阻减小，从而使电路既经济又稳定。

当线路的稳定性特别重要时，反相端输入的差分驱动电路会比正相输入电路提供更为稳定的性能。

如图10所示，除了输入阻抗有些变化和输出信号反相之外，电路与正相输入方式等效。

由于采用了主动反馈模式的差分电路，使回馈电阻的大小减小了K倍，RBM=Rload/K。如果线路的负载阻抗为50Ω、K值取5，那么回馈电阻则为10Ω。被动方式的K值则为1。在实际中，主动模式可将K值提升到10，但通常将K值取为2～5之间。由于K值同样也会受到电路中正反馈的影响，可以将它用于正反馈电阻适当取值，以确保电路的稳定性和高性能。在正反馈通路中，RP基本上与RF相等，RP=RF[K/(K-1)]。在负反馈通路中，RF必须由K值来优化以增强共模方式的稳定性，RF=Rfo(2K-1)/K。■