如何采用ADSL实现低噪声前置放大接收器的设计？

　　1 引言
　　随着因特网裂变般的发展，人们对信息的需求也从窄带的电话、传真、数据等业务向宽带领域延伸，电讯网的主干网、长途交换网和局间中继网已基本实现了数字化和宽带化。但在高速信息网的末端（即用户接入端）大多还使用窄带的铜环电话线路与之相连，这成为制约因特网发展的最大瓶颈之一。因此，ADSL威廉希尔官方网站 作为实现用户端高速接入的一种低成本解决方案受到了广泛的关注。
　　目前，ADSL的标准和实现威廉希尔官方网站 正在稳步发展，产品的开发也进入高速发展期，在这种前提下，越来越多的开发者意识到，ADSLModem模拟前端的高性能将为产品赢得巨大的市场，换句话说：模拟前端性能的优劣也决定了开发的成败。
　　2 ADSL的威廉希尔官方网站 特点
　　ADSL（不对称数字用户线）威廉希尔官方网站 有三个基本特性：一是可在一条铜环电话线路上同时传输高速数据和低速话音信号；二是不对称特性，上下载速度之比约为1：10，即下载速度大约为6Mbps，而上载大约640kbps；三是有较长的传输距离，其速率与传输距离的关系见表1〔3〕。ADSL的威廉希尔官方网站 特点很适合Internet用户端的高速接入。
　　ADSL采用频分复用（FDM）威廉希尔官方网站 ，在同一条电话铜环线路上实现非对称高速传输，将一条铜环线分成三个信道：（1）普通电话业务（POTS）信道，频带为0～4kHz，通过前端数据分离器与数字信道分开；（2）上行数字信道，约为25kHz～150kHz，用于传输应答和控制信号；（3）下行数字信道，约为150kHz～1．1MHz。ADSL的调制一般采用DMT（离散多音频调制），它将调制器分成许多（通常256）个带宽为4k的小调制器，DMT使用许多载波建立子信道，每个子信道携带总信息的一个片段，子信道根据相应的载波中心频率独立调制、并行处理。子信道采用QAM调制威廉希尔官方网站 并可携带0～15bits／ symbol／Hz（最大），当某个子信道噪声过大时，就将信息转移到噪声小的信道，并关闭该子信道。
　　
　　最大上载带宽的理论值为：
　　25信道×15bit／symbol／Hz／信道×4kHz＝1．5Mbps
　　最大下载带宽的理论值为：
　　249信道×15bit／symbol／Hz／信道×4kHz＝14．9Mbps〔3〕
　　子信道的实际带宽取决于线路的特性。
　　3 前置放大器设计指标的确定
　　ADSL采用DMT方案来处理信号，该规范使得ADSL线性接口电路的设计相当困难，它要求输　　入编解码器的信号具有较低的失真和良好的线性特性。为了弥补信号的失真，数字信号处理器必须不断地改变其子信道，以寻找噪声最低的信道，这极大地降低了信号的传输速率。导致失真的噪声主要来源于ADSLmodem内部和外部，外部噪声主要有：线路冲击噪声、白噪声、衰减、串扰噪声以及互调失真等；内部噪声主要来自于器件内部，在信号路径上的每个电路对失真都有影响：线性驱动器、模拟滤波器、ADC、DAC、增益放大器等。因此，仔细地考虑和分析每个元件的噪声和失真对ADSL的设计尤其重要。
　　铜环双绞线对高频信号的衰减可达100dB〔1〕，放大器必须有足够的灵敏度来检测μV级的弱信号。更为重要的是，这样微弱的信号必然为放大器外部和内部噪声所淹没，而且其频谱也可能与有用信号重叠，仅用常规的滤波手段难以达到抑制噪声的目的。设计性能优异的高共模抑制比、低噪声前置放大器，尽量抑制共模和放大器本身噪声将是重要的解决方案。对微弱信号放大器而言，CMRR（共模抑制比）一般至少要求高于120dB，这样的指标一般仅用一个单运放是难以实现的。ADSL允许线路最大失真（THD）小于－65dB〔6〕、衰减小于35dB〔5〕，因此，放大幅度也将达35dB，由于后级编解码器一般又提供了二级放大〔9〕，其总增益达20dB，所以，前置放大器增益可取为Gain≤20dB左右。
　　ADSL标准的ANSIT1．413要求确保噪声功率谱密度为－140dBm，折合到100Ω线路阻抗的系统中，其等效输入噪声En应小于 在实际的系统中，噪声功率谱密度要求≤－150dBm／Hz，或者输入等效噪声电压En≤10nV ［4］／般要求选择低噪声和低阻值的电阻。基于上述讨论，前置放大器主要威廉希尔官方网站 指标如下：
　　噪声：En≤10nV
　　共模抑制比：CMRR≥120dB；
　　失真：THD≤－65dB；
　　带宽：Bandwidth≥50MHz；　　增益：Gain≤20dB
　　4 低噪声前置放大电路的设计
　　4．1　THS6062简介
　　THS6062是TI公司开发的新一代ADSL差分放大接收器，具有低噪声、高速度、高共模抑制比等特点，其主要威廉希尔官方网站 指标如下：
　　噪声：电压 En≤1.6nV 电流In≤1．2pA
　　带宽：100MHz〔－3dB，G＝2（－1）〕
　　摆率：100V／μs；
　　驱动能力：90mA（典型值）
　　
　　谐波失真：THD＝－72dBc（f＝1MHz，RL＝150Ω）
　　THD＝－90dBc（f＝1MHz，RL＝1kΩ）
　　电压供电：5V，±5V，±15V
　　共模抑制比：80～100dB
　　电源抑制比：80～95dB 输入阻抗：2MΩ　　输出阻抗：13Ω
　　4．2　电路设计ADSL前置放大器电路如图2所示。
　　
　　1）电路元件参数的选取
　　根据噪声系数〔9〕
　　
　　可知：当取Rs＝1kΩ时，NF相对较小。其余阻值的选取如下：R2＝100Ω，R1＝200Ω　　根据增益Gain＝Rf／R＝10，可选R＝100Ω，Rf＝1kΩ。
　　2）CMRR的计算
　　对于三运放组装放大器的共模抑制比〔8〕
　　
　　其中：
　　
　　其中，CMRR1＝CMRR2＝CMRR3＝80dB，分别为运放A1、A2、A3的共模抑制比，在一般情况下，同一封装中A1和A2的配对精度远远大于1％。CMRRR为电阻不对称时产生的共模抑制比，当电阻精度为0．01％时，CMRRR＝80dB，故：CMRR＝200dB。
　　5 结束语
　　本文所设计的放大器具有电路简单、性能指标高等特点，经测试表明各项威廉希尔官方网站 指标符合预期目标，在开发的家居服务器外网接口模块中得到了成功的应用。