用于xDSL的自激振荡线路驱动器研究和实现

摘要

在ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)和VDSL(Very-high-bit-rateDigital Subscriber Line)上采用的离散多音调制技术,虽可以最大限度利用信道容量,但其较大的波峰系数使模拟前端中的线路驱动器效率较低,其功耗占模拟前端总功耗的70％以上,因此提高线路驱动器的效率成为迫切需求。
　　 采用AB类结构的ADSL和VDSL线路驱动器,在不考虑匹配阻抗功耗时的效率分别仅为15％和5％左右。理论上采用G类或H类结构可以提升效率,但在实际应用中效果有限。采用自激振荡功率放大器(Self-Oscillating PowerAmplifier,SOPA)结构的D类线路驱动器,具有较高的效率,在ADSL应用时效率可达47％。但目前所采用的SOPA结构所能达到的极限环频率较小,且在信号频率较高时系统增益下降较大,限制了其在更高带宽下的应用。
　　 SOPA是一个闭环强非线性系统,其行为描述较为困难.本文根据控制极限环频率方式的不同,对SOPA进行了分类,采用三正弦输入描述函数、时域分析、傅里叶级数展开、经验公式等方法,对它们的极限环频率、系统增益、谐波失真和互调失真等参数进行了分析,建立了线性化模型,可以给设计者较好的指导作用。极限环频率由延时决定的SOPA(Delay-determined SOPA,D-SOPA)结构因其可达到相对较高的极限环频率和较好的谐波失真,而被采用作为VDSL线路驱动器的实现结构。
　　 为验证上述理论分析,本文以VDSL线路驱动器为目标,采用1阶D-SOPA结构在TSMC0.25-μm2.5／3.3-V CMOS工艺上进行了实现。测试结果显示,系统的极限环频率、线性度等的理论分析和仿真与实验结果较吻合,验证了D-SOPA的可行性。在7.2-MHz带宽内,最大SFDR可达69 dBc,输出到线上的功率为8.4dBm时,效率可达12％.但是在极限环频率较高时,由于电源、地上的di／dt噪声,积分器中反馈跨导引起的偶次谐波失真较大等原因,使该结构的SFDR很难进一步提高。在下一步的工作中,将采用电源电压较高的工艺,改变反馈跨导结构,以及采用两个独立的D-SOPA经变压器耦合形成“振荡牵引”(oscillatorpulling)等方法来提高线性度。