DSL驅(qū)動(dòng)器電路的主動(dòng)匹配
目前DSL設(shè)備越來越趨于高密化,對(duì)于DSLAM用戶,必須更好地優(yōu)化DSL線路驅(qū)動(dòng)器的性能和功耗。主動(dòng)匹配模式(Active termination)正是這種既可降低線路驅(qū)動(dòng)器功耗又能優(yōu)化其性能的技術(shù)。本文先回顧一下傳輸線路的匹配特點(diǎn),然后再研究驅(qū)動(dòng)器及其輸出阻抗,并就單端驅(qū)動(dòng)電路、高阻輸入驅(qū)動(dòng)電路、 差分驅(qū)動(dòng)電路、反向差分驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行分析和討論, 最后得出主動(dòng)反饋模式的反饋電阻的準(zhǔn)確值。
簡單來說,傳輸電纜的長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于發(fā)送信號(hào)波長的場合需要阻抗匹配。如圖1所示,線路的特性阻抗為Zo。要獲得最大的功率傳輸,負(fù)載阻抗必須等于線路的特性阻抗。如果阻抗不匹配,部分駐波功率將會(huì)通過線路反射到信號(hào)源。為了確保駐波不再返回到負(fù)載上,線路源的阻抗也必須與線路的特性阻抗相匹配。
一個(gè)理想的電壓源的輸出電阻應(yīng)為零,所以Zs等于Zo。
驅(qū)動(dòng)放大器可作為線路的電壓源。如圖2所示,信號(hào)源的阻抗為回饋電阻和驅(qū)動(dòng)器內(nèi)阻串聯(lián)。由于反饋電路對(duì)驅(qū)動(dòng)器輸入端呈高阻特性,所以對(duì)驅(qū)動(dòng)器的輸出內(nèi)阻基本沒有影響。而信號(hào)頻率則對(duì)驅(qū)動(dòng)器內(nèi)阻起著關(guān)鍵的因素。對(duì)于ADSL局端驅(qū)動(dòng)器而言,工作頻率大約為1MHz,EL1507C的輸出阻抗為0.01Ω。由于傳輸線路的特性阻抗為100Ω并且回饋匹配電阻也為100Ω,所以驅(qū)動(dòng)器的輸出阻抗可以忽略不計(jì)
圖3為被動(dòng)匹配模式的基本電路。RBM是為與信號(hào)源的匹配電阻,它的值與線路的特性阻抗Zsource和負(fù)載阻抗ZL相等。放大器的輸出阻抗由增益來調(diào)節(jié),與相串聯(lián)的回饋電阻值相比可忽略不計(jì)。
ADSL采用差分線路來驅(qū)動(dòng)DMT信號(hào)。由圖4可知,電路的共模端總增益電阻RG為單端模式的2倍,雙絞線的總線路阻抗為2倍的單線阻抗Zo,這種被動(dòng)的差分模式與單端模式一樣,回饋電阻與負(fù)載阻抗相等,線路的總功率消耗非常大
被動(dòng)反饋模式雖然具有線路驅(qū)動(dòng)和匹配的功能,但也有許多缺點(diǎn)。盡管驅(qū)動(dòng)器的輸出阻抗值不算大,但不可忽略。由于它受頻率和失真度的影響較大,還會(huì)導(dǎo)致許多不匹配問題;回饋電阻必須與雙絞線的終端阻抗匹配,于是驅(qū)動(dòng)器輸出的電壓被回饋電阻和負(fù)載所分壓。要滿足一個(gè)負(fù)載電平,驅(qū)動(dòng)器必須輸出雙倍的電平值,不僅提高了驅(qū)動(dòng)器的電壓幅度,而且它的功耗也隨之而增加,可是回饋電阻的功率卻轉(zhuǎn)換為熱量損耗掉。驅(qū)動(dòng)器的外部總功耗同樣為負(fù)載功耗兩倍,而且還要加上驅(qū)動(dòng)器的靜態(tài)功耗。
驅(qū)動(dòng)模式中的負(fù)反饋電路可用于設(shè)置放大器的增益,而正反饋電路則可在不明顯改變驅(qū)動(dòng)器增益的條件下調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器的輸出阻抗。正反饋電路可使驅(qū)動(dòng)器模擬輸出較大的阻抗,從而可以使回饋電阻值減小。反饋量越大,回饋電阻越小。在不影響整個(gè)電路匹配的條件下,回饋電阻值的減小可使驅(qū)動(dòng)器的輸出電壓和總功耗同時(shí)降低。
主動(dòng)反饋模式的驅(qū)動(dòng)電路如圖5所示。相對(duì)于被動(dòng)模式的電路來說,僅僅增加了RP1和RP2兩個(gè)電阻便組成了正反饋回路,從而減小了回饋電阻值。
為了方便起見,我們引入一個(gè)負(fù)載阻抗和回饋電阻的比例系數(shù)K,K=ZL/RBM。使驅(qū)動(dòng)器穩(wěn)定的典型K值通常選定在4或5(可從2～10取值)。
由于采用了正反饋模式,從而增加了驅(qū)動(dòng)器的輸出阻抗,從而可使回饋電阻值減小,當(dāng)然整個(gè)信號(hào)源的阻抗不變。
這里我們給出一種標(biāo)準(zhǔn)測量電路輸出阻抗的方法。
如圖6所示,輸入端接地,將測試電壓Vx加于輸出端,Zsource=Vx/Ix。
假定：V+=V-,RBM<
依照歐姆定律,電路的等式為：
從公式中可知,正負(fù)輸入端的電壓由各自輸出端的電壓與回饋電阻的比值所決定。這些反饋電阻可模擬較大的放大器輸出阻抗,從而減小回饋電阻的阻值。
如圖7所示,先將測試電壓VIN放于輸出端,
