非对称数字用户线ADSL是一项新兴的宽带接入技术，它在不影响电话服务的情况下可利用市话铜线向用户提供兆比特级接入服务。随着ADSL技术走向成熟以及因特网业务迅猛发展而对宽带接入需求的日益高涨，电信运营商和ISP开始大量部署ADSL业务。这就要求那些ADSL设备的设计和生产者只有提供更富竞争力的产品，才能赢得更大的市场。
　　ADSL优异性能的关键是基于高速数字信号处理技术的数字调制技术。然而要将已调信号无失真地送到双绞线上并满足所需的输出功率，则需要一个高性能的模拟接口电路。模拟接口电路主要由线路驱动电路、线路接收电路和混合电路组成。本文概述了ADSL规范对放大器信号的要求并着重介绍ADSL线路驱动电路中线驱动放大器的选择和实用电路的设计。
1 ADSL系统的基本概念
　　随着越来越多的业务汇聚于因特网上，接入环路逐渐成为网络的瓶颈段。如何才能在现有接入网的设施基础上提供更高带宽的数据服务，就成为一个迫切需要解决的问题。在现有铜质双绞市话线上，目前绝大多数应用只使用了0～4kHz的话音频带，使用高效数字调制技术后则可以利用高达10MHz的带宽。随着数字信号处理技术及大规模集成电路技术的发展，已经出现了各种充分利用双绞线带宽的方案，统称为数字用户线(xDSL)技术。ADSL即非对称数字用户线(Asymmetric Digital Subscriber line)就是其中最引人注目的一员。它是利用已有的市话铜线，在不影响现有电话服务的情况下向用户提供两个传输方向上不对称速率的宽带传输业务，适应了接入网中绝大部分业务下行速率远大于上行速率的需求。下行(端局至用户)典型速率可达6Mbps，上行(用户至端局)速率可达640kbps，实际速率与线路状况及距离有关。图1所示为一个ADSL系统的典型应用示意图。

　　在不影响现有普通电话业务(POTS)情况下，ADSL采用频分复用(FDM)实现在同一双绞铜线上进行非对称高速传输。因此铜线上存在三个信道：(1)普通电话业务(POTS)信道，所占频带为0～4kHz，通过数据分离器(Splitter)与数字信道分开;(2)上行数字信道，约为25kHz～150kHz，用于传输控制及应答信息;(3)下行数字信道，约为150kHz～1.1MHz。ADSL的国际标准使用离散多音频调制DMT(Discrete MultiTone Modulation)作为调制方案。利用频分调制(FDM)把可用的下行带宽1.104MHz分成256个4kHz带宽子信道，分别使用QAM独立调制，每个子信道保护间隔为0.3125kHz。一般地，上行信道使用第6到第31#子带(约25kHz～134kHz)，下行信道使用第38到第255#子带(约163kHz～1.1MHz)，其中子带16(69kHz)和64(276kHz)用作导频。
2 ADSL的传输环境和调制技术对驱动电路的要求
　　ADSL系统所使用的传输媒质(普通市话双绞线)是为开通电话业务而建立的，其低频段频率特性较好；在双绞线高频段，幅频特性、时延特性随频率升高而迅速恶化，衰减十分严重。同时，非屏蔽的市话线易感应外界的其它干扰信号，典型的噪声本底为－140dBm/。根据仙农定理，信噪比只有达到45～50dB，才能得到12bit/Hz的带宽利用率。但为了减少ADSL业务对同一线缆中的其它话线对的干扰，发送信号功率只能限于－40dBm/。
　　ADSL规范使用离散多音频DMT调制技术，它将可用带宽分为多个子信道，分别使用QAM独立调制。数字信号处理器可根据子信道的瞬时衰减特性、群时延特性和噪声特性自适应地调整其参数，按照每个子信道传递数据的实际能力分配不同比特数，从而使信道容量能够接近理论极限。和其他多载波调制技术一样，当各子载波频率上的已调信号相位一致时信号出现峰值，这就要求线路驱动放大器具备很高的无失真动态范围。此时衡量线驱动放大器输出信号保真性能的主要指标就是多音频功率比(MTPR)，MTPR是指某一子频带的测量功率与另一特定的不包含QAM数据的子频带功率的相对比值，用dBc表示。信号的峰值与有效电平的比值称为峰均比或峰值因子，ADSL系统中的DMT信号的峰值因子是5.3，电话线的特性阻抗以100欧姆为标准，根据它可以确定达到要求功率所需的电压和电流值。需要指出的是ITU－T的ADSL规范定义了两种ADSL技术：一种称为全速率ADSL；另一种称为低速率ADSL即G.Lite。其根本区别在于G.Lite只使用了约0.5MHz带宽，是全速率ADSL带宽的二分之一。表1小结了ADSL系统的特征参数及其电气要求。
　　由于ADSL调制解调器的电源电压一般都在±12V，这就限制了线驱动器输出电压的范围，要获得规定的输出功率，对于线路驱动放大器输出电流的要求就会相应增大。因此根据表1要求，选择ADSL线路驱动放大器时应该满足表2指标要求。

3 面向xDSL应用的线驱动放大器——AD8016
　　随着xDSL市场的迅猛增长，已有多家半导体公司推出了适应xDSL应用的线驱动放大器，主要有模拟器件公司的AD815、AD8016，Linear Tech.公司的LT1210，德州仪器公司的THS6002、THS6012等。其中AD8016是美国模拟器件公司ADI推出的专为xDSL系统中线驱动接口而设计的低功耗、高输出电流的双放大器，是目前市场上效率最高的xDSL线路驱动器。AD8016采用ADI公司的专利技术——介质隔离超高速互补双极型XFCB工艺制造，采用电流反馈形式，从而具备了适应xDSL应用要求的高带宽、高驱动电流以及低失真的特性。AD8016还具有两个电源管理引脚PWDN1、PWDN2，通过分别设置逻辑“1”、“0”可实现四个功耗等级下的运行(100%、60%、40%、25%)，从而可以灵活地适应从局端到用户端的各种ADSL标准的应用。
　　AD8016的主要特性参数如下：
　　动态性能
　　　　－3dB带宽 78MHz
　　　　0.1dB平坦带宽 38MHz
　　　　电压摆率(G＝+2) 1000V/μs
　　　　上升和下降时间 2ns
　　　　建立时间(峰－峰电压V_OUT＝2V) 23ns
　　噪声/失真性能
　　　　二阶谐波(f_c＝1MHz,RL＝100Ω) －77dBc
　　　　三阶谐波(f_c＝1MHz,RL＝100Ω) －93dBc
　　　　多音频功率比MTPR(26kHz～1.1MHz，Z_LINE＝100Ω，P_LINE＝20.4dBm) －75dBc
　　　　噪声电压(RTI)(f＝10kHz) 4nV/
　　输入特性
　　　　RTI偏置电压 1.0mV
　　　　输入电阻 400kΩ
　　　　输入电容 2pF
　　　　共模抑制比 64dB
　　输出特性
　　　　线性输出电流(G＝5,RL＝10Ω，f1＝100kHz,－60 dBc SFDR) 600mA
　　　　短路电流 2000mA
　　　　容性负载驱动能力 80pF
　　供电
　　　　工作电压范围 ±3～±13V
　　　　静态电流(全功率运行) ＜13.2 mA/Amp

　　　　关断电流 1.5mA/Amp
　　AD8016的外形引脚如图2所示。

　　图3给出的是AD8016差分应用的原理电路，差分信号从两个运放的同相端输入，环路增益由R_f1、R_f2和R_g的比值确定：。由于AD8016使用电流反馈工作方式，电路的实际增益与计算所得有一定误差，而且反馈电阻的选择也对电路性能有很大的影响。正如前面所讨论的那样，需要使用一个变压器减小等效负载阻抗来降低对线驱动器输出电压的要求。这里变压器的初级与次级的匝数比为1:2，因此反映到初级一边的等效负载阻抗为25Ω。串联于放大器输出端的两个小电阻R_t1、R_t2提供与初级的等效负载阻抗的匹配：R_t1＝R_t2＝12.5Ω；同时ADSL系统中的接收电路也可以简单地从R_t1、R_t2取得接收信号。
4 基于AD8016的ADSL线路驱动电路
　　最后，给出一个基于AD8016完整的实用ADSL客户端线路驱动电路，该电路已应用于我们开发的ADSL调制解调器。如图4所示。

　　在线路端即变压器次级一边，保险丝F1、F2起过电流保护作用，CR1、CR2是Teccor公司新近推出的双向瞬态过压保护器件SIDACtor，过电压响应速度达ns级，提供线路对地的过压保护。同相输入端要接一个小电阻(100Ω～200Ω)以减少时间常数失配。作为全速率ADSL客户端设备应用时，电源电压为+10V/－10V，在电源脚的附近分别接0.1μF和10μF去耦电容消除干扰。该电路传送到负载的功率为13dBm，输出电压峰－峰值能够达到15.8V，峰值输出电流为159mA。
　　xDSL技术的其他成员还包括HDSL、HDSL2、VDSL、SDSL等。它们的线路驱动电路的设计原则与ADSL系统是相类似的，主要区别只是被线路驱动放大器发送到电话线上的实际功率的大小不同，因而以上所讨论的概念及设计原理同样可以应用于其他系统。
参考文献
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)