论文部分内容阅读
Maxim公司供文
过去几年来，ADSL标准沿着ADSL、ADSL2。ADSL2+以及“Extended Reach ADSL2”逐步演进，数据传输率增加到24Mbps，传输距离长达6660多米。ADSL2标准规定的下行频段上至1．1MHz，而ADSL2+为2．2MHz，使较短电话线上的数据传输率显著提升。图1和图2给出了不同标准所覆盖的带宽、数据速率和距离。当同一线束中传输多条ADSL业务时，ADSL2+也可用于降低串扰。
如图1所示．上行方向使用的频段为25kHz一138kHz，下行方向为1 38kHz～2．2MHz。这一频谱被分割成几个载波频带，每个频带分配了一定的比特量。每个载波频带的比特量取决于信噪比(SNR)。电源的开关频率对噪声基底有较大的影响，从而降低总比特率。在下行频带延伸至2．2MHz的ADSL2+中，我们需要控制所有电源的开关频率及其谐波，使其避开138kHz～2．2MHz频带。纹波的幅度和频率会同样地影响每个载波波段所能承载的比特量。2．2MHz的电源开关频率有两个优点。首先，它的基波和谐波都在ADSL2+频谱之上；第二．较高的开关频率降低了输出纹波的峰一峰值，即便使用低成本的陶瓷电容或铝电解电容也没有问题。
MAX5072针对ADSL2+的电源管理解决方案
MA×5072专门设计用于ADSL2+调制解调器的电源管理。其目标是提供一个简洁、低成本的变换器．运行在ADSL2+频带之上，并能通过廉价的AC适配器来供电。它是一个双输出型DC-DC变换器，内部集成了高端N沟道功率MOSFET，每个变换器能工作在2．2MHz。
虽然单个变换器的输出纹波频率为2．2MHz，但每个变换器处于180°反相工作状态．使输入电容上的纹波频率加倍。这样一来减小了电容RMS电流和电容尺寸。图5和图6给出了双路输出DC-DC变换器的开关波形。
MAX5072的输入电压范围为4．5V～5．5V或5．5V～23V。用于为ADSL芯片组供电的电压包括1．2V，1．8V，2．5V和3．3V，另外还有为线驱动器供电的5V或12V电压。MAX5072的两个变换器都可以配置成降压或升压变换器。这使MAX5072能够用于各种可能的电压变换。当输入输出压差较大时，要求电路以非常低的占空比运行。2．2MHz开关频率下的低占空比意味着非常短的最小可控导通时间。MAX5072的最小可控导通时间(tON-MIN)约为100ns。用下面的公式可计算出对于给定的输出电压，在没有发生跳脉；中的情况下所允许的最大输入电压(VIN-MAX)。
其中VD是肖特基整流管的正向压降(典型0．35V值)，fsw为变换器的开关频率，tON-MINN为100ns。
同样，最大占空比限制(DMAX)影响着对于给定的输出电压，所允许的最小输入电压。用下面的公式可计算出为了获得要求的输出电压VOUT．降压转换器所需的最小输入电压(VON-MIN)。
其中，DMAX至少为84％，VD为0．35V。
升压变换器所允许的最小输入电压取决于输出电压、峰值电流和电感值。
为了缓解最小导通时间问题或限制开关损耗．可以降低开关频率。但两个工作在反相状态的变换器频率不可能不同。同时，如果没有精心选择单个变换器的工作频率，将可能出现拍频。为了避免最小导通时间问题和功率消耗问题，MAX5072提供了一个频率选择(FSEL1)管脚。FSEL1接地时变换器1的开关频率减小到变换器2开关频率的一半，或内部振荡器频率的1／4。在这种情况下，变换器1工作在1．1 MHz，变换器2工作在2．2 MHz。输入电容上的纹波频率将会是变换器2开关频率的1．5倍，并且纹波波形不对称。
MAX5072为多DSL芯片组提供的功能
1 上电复位(／RESET＼)——／RST＼是开漏极输出，当任何一路输出电压低于额定稳定电压的92．5％时，它被拉低。若两组输出均已超过其额定稳定电压的92．5％，且两个变换器都已完成软启动过程，／RST＼会在延时180ms后进入高阻态。
2．掉电检测(PFI／PFO)——在调制解调器掉电之前，有些重要功能需要进行必要的善后处理。完成这些功能所需的时间称为保持时间。在VIN断开后，输入电容器上存有的电荷为变换器提供能量。保持时间(tHOLD)定义为：从输入电压降至低于VTRIP开始，到输入电压下降到下限VIN(MIN)，以致输出电压脱离稳压范围之间的时间。用下面的公式可计算出要获得足够的保持时间，所需的电阻分压器和CIN。
其中1和2(典型值80％)分别为变换器1和变换器2的效率。
3．手动复位(／MR)——基于微处理器的产品通常需要手动复位功能，从而允许操作者或外部逻辑电路对其进行复位。／MR＼上的逻辑低电平可触发复位。当／MR为低时复位信号将保持有效，并在／MR＼返回高电平后继续保持一个复位延时时间(tRP)。
以下是为xDSL调制解调器设计的电路。
高频开关电源变换器设计具有其复杂性，要求具备专业知识并需投入一定的设计精力。而使用高频开关带来了带宽的提升。文中给出的设计方案已在工作台上测试通过，可直接使用或作为一项新设计的基础。
过去几年来，ADSL标准沿着ADSL、ADSL2。ADSL2+以及“Extended Reach ADSL2”逐步演进，数据传输率增加到24Mbps，传输距离长达6660多米。ADSL2标准规定的下行频段上至1．1MHz，而ADSL2+为2．2MHz，使较短电话线上的数据传输率显著提升。图1和图2给出了不同标准所覆盖的带宽、数据速率和距离。当同一线束中传输多条ADSL业务时，ADSL2+也可用于降低串扰。
如图1所示．上行方向使用的频段为25kHz一138kHz，下行方向为1 38kHz～2．2MHz。这一频谱被分割成几个载波频带，每个频带分配了一定的比特量。每个载波频带的比特量取决于信噪比(SNR)。电源的开关频率对噪声基底有较大的影响，从而降低总比特率。在下行频带延伸至2．2MHz的ADSL2+中，我们需要控制所有电源的开关频率及其谐波，使其避开138kHz～2．2MHz频带。纹波的幅度和频率会同样地影响每个载波波段所能承载的比特量。2．2MHz的电源开关频率有两个优点。首先，它的基波和谐波都在ADSL2+频谱之上；第二．较高的开关频率降低了输出纹波的峰一峰值，即便使用低成本的陶瓷电容或铝电解电容也没有问题。
MAX5072针对ADSL2+的电源管理解决方案
MA×5072专门设计用于ADSL2+调制解调器的电源管理。其目标是提供一个简洁、低成本的变换器．运行在ADSL2+频带之上，并能通过廉价的AC适配器来供电。它是一个双输出型DC-DC变换器，内部集成了高端N沟道功率MOSFET，每个变换器能工作在2．2MHz。
虽然单个变换器的输出纹波频率为2．2MHz，但每个变换器处于180°反相工作状态．使输入电容上的纹波频率加倍。这样一来减小了电容RMS电流和电容尺寸。图5和图6给出了双路输出DC-DC变换器的开关波形。
MAX5072的输入电压范围为4．5V～5．5V或5．5V～23V。用于为ADSL芯片组供电的电压包括1．2V，1．8V，2．5V和3．3V，另外还有为线驱动器供电的5V或12V电压。MAX5072的两个变换器都可以配置成降压或升压变换器。这使MAX5072能够用于各种可能的电压变换。当输入输出压差较大时，要求电路以非常低的占空比运行。2．2MHz开关频率下的低占空比意味着非常短的最小可控导通时间。MAX5072的最小可控导通时间(tON-MIN)约为100ns。用下面的公式可计算出对于给定的输出电压，在没有发生跳脉；中的情况下所允许的最大输入电压(VIN-MAX)。
其中VD是肖特基整流管的正向压降(典型0．35V值)，fsw为变换器的开关频率，tON-MINN为100ns。
同样，最大占空比限制(DMAX)影响着对于给定的输出电压，所允许的最小输入电压。用下面的公式可计算出为了获得要求的输出电压VOUT．降压转换器所需的最小输入电压(VON-MIN)。
其中，DMAX至少为84％，VD为0．35V。
升压变换器所允许的最小输入电压取决于输出电压、峰值电流和电感值。
为了缓解最小导通时间问题或限制开关损耗．可以降低开关频率。但两个工作在反相状态的变换器频率不可能不同。同时，如果没有精心选择单个变换器的工作频率，将可能出现拍频。为了避免最小导通时间问题和功率消耗问题，MAX5072提供了一个频率选择(FSEL1)管脚。FSEL1接地时变换器1的开关频率减小到变换器2开关频率的一半，或内部振荡器频率的1／4。在这种情况下，变换器1工作在1．1 MHz，变换器2工作在2．2 MHz。输入电容上的纹波频率将会是变换器2开关频率的1．5倍，并且纹波波形不对称。
MAX5072为多DSL芯片组提供的功能
1 上电复位(／RESET＼)——／RST＼是开漏极输出，当任何一路输出电压低于额定稳定电压的92．5％时，它被拉低。若两组输出均已超过其额定稳定电压的92．5％，且两个变换器都已完成软启动过程，／RST＼会在延时180ms后进入高阻态。
2．掉电检测(PFI／PFO)——在调制解调器掉电之前，有些重要功能需要进行必要的善后处理。完成这些功能所需的时间称为保持时间。在VIN断开后，输入电容器上存有的电荷为变换器提供能量。保持时间(tHOLD)定义为：从输入电压降至低于VTRIP开始，到输入电压下降到下限VIN(MIN)，以致输出电压脱离稳压范围之间的时间。用下面的公式可计算出要获得足够的保持时间，所需的电阻分压器和CIN。
其中1和2(典型值80％)分别为变换器1和变换器2的效率。
3．手动复位(／MR)——基于微处理器的产品通常需要手动复位功能，从而允许操作者或外部逻辑电路对其进行复位。／MR＼上的逻辑低电平可触发复位。当／MR为低时复位信号将保持有效，并在／MR＼返回高电平后继续保持一个复位延时时间(tRP)。
以下是为xDSL调制解调器设计的电路。
高频开关电源变换器设计具有其复杂性，要求具备专业知识并需投入一定的设计精力。而使用高频开关带来了带宽的提升。文中给出的设计方案已在工作台上测试通过，可直接使用或作为一项新设计的基础。