| 摘要：AD20msp910是ADI公司提供的一套用于A(yíng)DSL MODEM的芯片集,它包括AD6435計(jì)算機(jī)接口、AD6436DMT協(xié)處理機(jī)、AD6437模擬端接口芯片、AD816線(xiàn)路驅(qū)動(dòng)/收發(fā)器、ADSP-2183數(shù)字信號(hào)處理機(jī)。文中介紹了ADSL技術(shù)的基本原理以及AD6435、AD6436、AD6437和ADSP-2183的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和引腳分類(lèi)。最后給出了應(yīng)用該芯片集設(shè)計(jì)ADSL MODEM的設(shè)計(jì)原理和方法。 關(guān)鍵詞：ADSL USB MODEM AM20msp910 隨關(guān)互聯(lián)網(wǎng)的日益發(fā)展,各種交互式多媒體方面的服務(wù)逐漸增加,這對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的連接速率要求也越來(lái)越高。在傳統(tǒng)的兩線(xiàn)制電話(huà)線(xiàn)路上實(shí)現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)的高速率連接的應(yīng)用研究人有很重要的意義。本文介紹一種利用ADSL（Asymetric Digital Subscrber Line-非對(duì)稱(chēng)數(shù)字用戶(hù)環(huán)線(xiàn)）技術(shù)實(shí)現(xiàn)用標(biāo)準(zhǔn)的銅芯電話(huà)線(xiàn)進(jìn)行高速率的網(wǎng)絡(luò)接入的方法。結(jié)合某個(gè)應(yīng)用項(xiàng)目,筆者利用ADI公司的ADSL MODEM的芯片組和CYPRESS公司的USB接口芯片完成了ADSL Modem的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)工作。 1 ADSL技術(shù)的基本原理 ADSL技術(shù)主要有兩個(gè)特點(diǎn)：第一,可以實(shí)現(xiàn)在一條長(zhǎng)度在4千米以?xún)?nèi)（從市話(huà)交換局到市話(huà)用戶(hù)）的普通電話(huà)線(xiàn)上進(jìn)行下行最大8Mbps、上行最大640kbps的不對(duì)稱(chēng)全雙工通信; 第二,可以與普通的模擬電話(huà)共存于一條線(xiàn)路上, 以提高電話(huà)線(xiàn)路的利用率,從而達(dá)到語(yǔ)音和數(shù)字通信同時(shí)進(jìn)行雙互不干擾的目的。 ADSL的核心技術(shù)主要有復(fù)用技術(shù)及調(diào)制技術(shù)。 1.1 復(fù)用技術(shù) 復(fù)用技術(shù)是在銅芯電話(huà)線(xiàn)路上進(jìn)行頻帶劃分以建立多個(gè)頻率信道,通�？梢允褂妙l分復(fù)用（FDM）和回波消除（EC）這兩種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。這兩種方式除了對(duì)傳送模擬電話(huà)信號(hào)的頻帶都使用相同的0-4kHz之外,技術(shù)上的差異主要在對(duì)剩余頻帶的處理上：FDM將銅芯電話(huà)線(xiàn)的剩余頻帶劃分成作為上行/下行信通的兩個(gè)獨(dú)立區(qū)域,上行信道由相應(yīng)的低速信道用時(shí)分方法組成,下行信道則由一個(gè)或多個(gè)高速信道加入一個(gè)或多個(gè)低速信道組成;EC則將剩余頻帶劃分成上行/下行信道兩具重疊的區(qū)域,信道的組成和FDM類(lèi)似,但重疊的信號(hào)要靠本地的回波消除器分離。EC方式由于信道的重疊而使得系統(tǒng)較為復(fù)雜,因此一般情況下應(yīng)用DMT調(diào)制技術(shù)較為方便。 1.2 調(diào)制技術(shù) 目前在A(yíng)DSL MODEM中使用的調(diào)制技術(shù)主要有：QAM（正交幅度調(diào)制）、CAP（無(wú)載波幅度/相位調(diào)制）和DMT（離散多音調(diào)調(diào)制）,由于A(yíng)D20msp910芯片集成采用的是DMT技術(shù),因此這里討論DMT的技術(shù)原理。 DMT調(diào)制主要基于多載波調(diào)制技術(shù),它是將0～1.104MHz的帶寬劃分成256個(gè)具有4kHz帶寬的正交子信道。每個(gè)子信道各自采用對(duì)應(yīng)于該子信道的中心頻率進(jìn)行調(diào)制,調(diào)制使用QAM方式且被調(diào)制的輸入數(shù)據(jù)根據(jù)每個(gè)信道的傳輸能力在0～15位/符號(hào)/Hz之間作自適應(yīng)分配,當(dāng)某個(gè)子信道由于傳輸質(zhì)量下降而影響了系統(tǒng)的糾錯(cuò)能力時(shí),可以用降低該信道的數(shù)據(jù)速率的方法來(lái)提高其它子信道的傳輸率。 理論上,上行數(shù)據(jù)流的最大帶寬為：25信道×15位/符號(hào)/Hz信道×4kHz=1.5Mbps。下行數(shù)據(jù)流的最大帶寬為：249信道×15位/符號(hào)/Hz/信道×4kHz=14.9Mbps。但是在實(shí)際應(yīng)用中,DMT調(diào)制技術(shù)的ADSL的速率與市話(huà)線(xiàn)路的長(zhǎng)度、線(xiàn)徑以及纜線(xiàn)的鋪設(shè)情況有較大關(guān)系,在市話(huà)線(xiàn)線(xiàn)徑為0.5mm、長(zhǎng)度為2.7km時(shí),下行速率為6.1Mbps。 在A(yíng)DSL技術(shù)發(fā)展初期,一臺(tái)ADSL Modem需要多達(dá)20多枚IC。隨著技術(shù)的進(jìn)步,近年來(lái),許多IC廠(chǎng)家紛紛推出了新型的IC套片,通常為3～6枚IC。Analog Device公司推出的AD20ms910就是較有的基于DMT調(diào)制技術(shù)的ADSL套片。該套片是目前該領(lǐng)域內(nèi)具有最完整功能的ADSL解決方案套片之一,完全符合ANSI、ETSI和ITU技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。該套芯片中的AD6435收發(fā)器（DTIR）用于提供ADSL套片的串行接口和MODEM的其它部分;AD6436協(xié)處理機(jī)（DEM）用來(lái)提供DMT技術(shù)所需的核心數(shù)字信號(hào)處理功能;AD6437模擬前端部分（AFIC）是在一個(gè)芯征上組合了所ADSL模擬與混合信號(hào)操作,包括A/D轉(zhuǎn)換器（ADC）和D/A轉(zhuǎn)換器（DAC）、濾波器、放大器等;AD816線(xiàn)路驅(qū)動(dòng)器則合并了線(xiàn)路驅(qū)動(dòng)器、接收器、放大器等所有的高速網(wǎng)絡(luò)的基本單元;ADSP2183通用數(shù)字信號(hào)處理器用作系統(tǒng)控制器。利用該套片所設(shè)計(jì)的ADSL MODEM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。 2 ADSL套片順的芯片 2.1 串型接口芯片AD6435 AD6435是ADI公司ADSL套片中用于與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口的芯片,用來(lái)實(shí)現(xiàn)全部的數(shù)字接口作業(yè);包括字位填充/剝離及彈性存儲(chǔ)、同步以及EOC和AOC（這是一個(gè)超幀結(jié)構(gòu)傳輸信息的穩(wěn)態(tài)控制協(xié)議）插入/切除、CRC產(chǎn)生/檢測(cè)、偽隨機(jī)序列編譯碼器、前向出錯(cuò)矯正/檢測(cè)、插值/剔除等。該芯片有全雙工入/出、單工入（僅用于A(yíng)TU-C）和單工出（用于A(yíng)TU-C）和單工出（用于A(yíng)TU-R）等多種連接方式。 AD6435的管腳從連接的接口對(duì)象上可以分成六個(gè)部分,即ADSP2183數(shù)字信號(hào)處理機(jī)的接口、TICL旁路接口、數(shù)據(jù)接口、控制接口、交叉存取RAM接口和與AD6436的接口。信號(hào)的流向可以從管腳的流向標(biāo)志上確定。AD6435的管腳接口功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。 數(shù)字信號(hào)處理機(jī)接口中的A（13:0）為用于DSP的14位地址總線(xiàn);D（15：0）為16位字長(zhǎng)的數(shù)據(jù)總線(xiàn)：DSP-CLK-DSP為輸出時(shí)鐘;NRD、NRW、NCS是分別用于DSP的RAM讀/寫(xiě)及片選信號(hào),低電平有效。 TICL旁路接口中的RX-BUT和TX_BUF分別為收、發(fā)數(shù)據(jù)的緩沖連接RX_FR和TX_FR分別用于收、發(fā)的幀同步;RFS和TFS分別為字節(jié)收、發(fā)的幀同步;RX_SPFR和TX_SPFR分別為收發(fā)信號(hào)的超幀同步;RS_SPFR1為接收交叉存取超幀的同步信號(hào);MCLK_OUT為時(shí)鐘輸出,并可用作同步的基準(zhǔn)信號(hào)。 數(shù)據(jù)接口共有兩組,分別是雙工狀態(tài)和單工狀態(tài),單工狀態(tài)時(shí)某些管腳是不用的。DUPLX_RX用于雙工接收的數(shù)據(jù)漢、DUPLX_TX用于雙工輸入的數(shù)據(jù)流、DUPLX_XLKO用于還原雙工時(shí)鐘,DUPLX_CLKI為輸入雙工時(shí)鐘;SIMPLX_RX在RT方式時(shí)接收下行數(shù)據(jù)流,而在CO方式時(shí)該腳不用,SIMPLX_TX在CO方式時(shí)輸入下行數(shù)據(jù)流而在RT方式時(shí)該腳不用、SIMPLX_CLKO腳在RT方式時(shí)還原下行數(shù)據(jù)流時(shí)鐘而在RT方式時(shí)用、SIMPLX_CLKI在CO方式時(shí)輸入下行數(shù)據(jù)流而在CO方式下該管腳不用。（RT方式為客戶(hù)端的ADSL Modem,CO方式端為數(shù)據(jù)中心的ADSL Modem）。 控制接口的MCLK主時(shí)鐘信號(hào)為35.328MHz。RT-NCO為運(yùn)行模式選擇端,RT方式時(shí)為1,而CO方式時(shí)為0,NRESET為復(fù)位腳,低電平有效;TEST（4：0）除TEST2、4通過(guò)10kΩ電阻接入信號(hào)地外,其余不接。 交叉存取RAM接口中的M-A（14：0）為15位字長(zhǎng)的交叉存取RAM地址總線(xiàn),M-D（7：0）為8位交叉存取RAM數(shù)據(jù)線(xiàn);NM-OE和NM-WE分別為讀、寫(xiě)使能信號(hào)線(xiàn)。 DME接口用于連接AD6435（DTIE）與DMT協(xié)處理機(jī)AD6436（DME）;TX串型接口部分使用以下信號(hào)：TX-DREQ DME提供的數(shù)據(jù)請(qǐng)求、TX-FRM DME提供的發(fā)送幀選通、TX-BS DTIR提供的發(fā)送字節(jié)選通、TX-SDATA DTIR發(fā)送的發(fā)送數(shù)據(jù);RX串行接口部分使用的信號(hào)包括：RX-FRM DME提供的接收幀選通、RX-BS DME提供的接收字節(jié)選通、RX-SDATA由DME發(fā)送的接收串行數(shù)據(jù)、RX-DREQ由DTIR產(chǎn)生的接收數(shù)據(jù)請(qǐng)求等;TX-RX-SCLK則是由DME產(chǎn)生的發(fā)送/接收串行時(shí)鐘,該時(shí)鐘可作為發(fā)送與接收的公用時(shí)鐘。 2.2 DMT協(xié)處理機(jī)AD6436 AD6436是一個(gè)專(zhuān)用的DMT加速器,用于完成數(shù)據(jù)傳輸與收發(fā)中的各種操作,如QAM編解碼、IFFT、濾波器、插值等。 AD6436芯片是一個(gè)中間芯片,其管腳分類(lèi)較為簡(jiǎn)單,分為與AD6436的接口、與AD6437的接口和與DSP的接口三個(gè)部分。AD6436的管腳分布如圖3所示。 與AD6435接口中的TX-DREQ（RX-DREQ）用于TX（RX）串行口的數(shù)據(jù)請(qǐng)求;TX-BS（RX-BS）則用于TX（RX）串行口的字節(jié)選通;TX-SDATA（TX-SDATA）為T(mén)X（RX）串行口的串行數(shù)據(jù);TX-FRM（RX-FRM）為T(mén)X（RX）串行口的幀脈沖;TX-RX-SCLK為T(mén)X（RX）串行口的串行時(shí)鐘;MCLK為芯片的主時(shí)鐘（35.328MHz）;RT-NCO為模式控制管腳,為1時(shí)為RT模式,為0時(shí)為CO模式;NRESET為復(fù)位端,低電平有效。 AD6437接口的幾個(gè)接口管腳主要是與ADSL模擬部分AD6437中的ADC及DAC進(jìn)行接口,其中TX（15：0）為送入發(fā)送DAC的16位輸出;RX（15：0）為來(lái)自接收ADC的16位輸入;TX-CLK和RX-CLK分別是用于發(fā)送與接收D/A、A/D的限定有效數(shù)據(jù)的輸出時(shí)鐘。值得注意的是,雖然兩個(gè)數(shù)據(jù)接口都是16位的,但是AD6437本身的接口位數(shù)卻較少,在實(shí)際應(yīng)用中,這些管腳應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要接地或接高電平。 DSP通過(guò)DSP接口對(duì)AD6436芯片進(jìn)行存取。接口管腳主要有：14位的地址總線(xiàn)A（13：0）、16位的數(shù)據(jù)總線(xiàn)D（15：0）、控制管腳NRD（讀）、NWR（寫(xiě)）和NCS（片選）等。 2.3 模擬前端芯片AD6437 AD6437芯片用于A(yíng)DSL系統(tǒng)與模擬電話(huà)線(xiàn)路的接口,包括用于將數(shù)字與模擬信號(hào)互相轉(zhuǎn)換的高速AD、DA部分以及用于改善信號(hào)特性的使用與ATU-C及ATU-R模式的可編程濾波器。該芯片內(nèi)部電路的模擬設(shè)計(jì)靈活,可以編程使用或旁路。這種可變功能使該芯片也可以用于其它ADSL應(yīng)用系統(tǒng)或儀器控制系統(tǒng)。 AD6437的引出腳按其功能可分四個(gè)主要部分：發(fā)送通道、接收通道、輔助及支持電路、接口與控制邏輯。圖4所示為其功能結(jié)構(gòu)圖。 發(fā)送通道中的TX（13：0）用于將數(shù)據(jù)發(fā)送到DAC;TX-CLK為DAC的數(shù)據(jù)鎖存時(shí)鐘;在TX-FSADJ腳上的連接電阻可確定發(fā)送DAC的電流輸出范圍,TX-COMP及TX-IBIAS為電路內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的耦合管腳;TX-DACOUT[A,B]為互補(bǔ)電流輸出管腳,TX-FILIN[A,B]及TX-FILOUT[A,B]為發(fā)送能道低通濾波器的差分輸入及輸出。 接收通道中的RX[11:0]是來(lái)自ADC的數(shù)字輸出;RX-CLK為ADC輸入采樣時(shí)鐘RX-PGA-IN[A,B]是PGA的差分輸入腳;RX-AAF-OUT[B,A]為抗消除混疊濾波器的差分輸出管腳;RX-ADC-IN[A,B]為ADC的差分輸入、RX-VRE是AD6437輸出的外部參考電壓;RX-REF[B,T]為ADC參考電壓的耦合管腳。 輔助電路引腳TR-DAC-OUT是來(lái)自時(shí)標(biāo)修復(fù)DAC的電壓輸出引腳。 |
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