CN102549991A

CN102549991A - 线路终端单元的电源配置

Info

Publication number: CN102549991A
Application number: CN2010800429252A
Authority: CN
Inventors: E·范登伯格; W·特罗赫
Original assignee: Alcatel Lucent SAS
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 2009-09-29
Filing date: 2010-09-17
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2030-09-17
Also published as: EP2302851A1; KR101305932B1; JP5591338B2; ATE554577T1; WO2011039063A1; JP2013506371A; EP2302851B1; CN102549991B; KR20120064118A; US20120187765A1

Abstract

本发明涉及一种线路终端单元(1′)，包括：用于驱动传输线的线路驱动器(1)，带有第一电源电压输入端(11)和第二电源电压输入端(12)；电源装置(20)，带有用于为所述线路终端单元的模拟部分馈电的模拟电源电压输出端(22)，以及至少一个用于为所述线路终端单元的数字部分馈电的数字电源电压输出端(23a、23b、23c)，以及接地电压基准(30)。根据本发明的第一方面，所述模拟电源电压输出端耦合到所述第一电源电压输入端，并且所述线路终端单元进一步包括用于选择性地将所述至少一个数字电源电压输出端或所述接地电压基准之一耦合到所述第二电源电压输入端的选择器(40)。

Description

线路终端单元的电源配置

技术领域

本发明涉及线路终端单元内减少其功耗和生态占用的电源配置。

背景技术

数字用户线接入复用设备(DSLAM)一般包括线路终端单元，作为来自用户驻地的铜缆传输线的物理终端。

线路终端单元包括用于耦合到传输线的特定模拟电路，例如线路驱动器、混合器、变压器等。线路驱动器是模拟前端设备，用于形成、放大模拟传输信号以及将模拟传输信号驱动到传输线。

线路终端单元约占总系统功耗的80％。线路驱动器本身就占线路终端单元的一半功耗。

通过甚高速数字用户线(VDSL)信号驱动铜线的线路驱动器的功耗约为0.8-1W，远高过可置于线路的100mW最大功率。而且，实际发送功率紧紧依赖于选定传输简档和所需功率级别以实现特定服务水平协议(SLA)，例如具有特定服务质量(QoS)的特定数据吞吐量。

为线路驱动器供电所需最小电源电压取决于输出信号的峰值振幅。对于DSL信号，该峰值振幅通常是均方根(RMS)振幅值的5到6倍。

为了使线路终端单元的成本保持在合理限度内，所有线路驱动器都通过一个电源变流器供电。该电源的输出电压固定为最差情况规格和/或输出功率所需的最小电源电压。结果，所有采取低输出功率或低要求规格配置的线路的线路驱动器在高于所需电压的电源电压上工作，从而浪费了能量。

在某些设计中，为所有线路驱动器提供电源电压的电源装置的输出电压可以在两个或多个电平之间或预定电压范围之内选择。但是，由于所有线路驱动器共享同一DC/DC变流器，因此，很有可能出现其中一条线路的配置规格要求高输出功率和/或线路特性实际要求最大功率的情况。因此，所有线路驱动器在多数时间内通过最高可选电源电压运行。

具有可选或可调输出电压的电源还具有一些缺陷：

-DC/DC变流器的效率仅在一个特定输出电压上达到最高。任何高于或低于此最佳值的输出电压都会使效率下降若干百分点。

-当输出电压更改时，电源的内部增益设置也随之更改。这样会增加确保变流器在所有可能的工作条件下稳定的复杂性。解决此附加的复杂性问题会增加设计成本。

还存在其他的解决方案。

典型的VDSL线路驱动器为AB类放大器。已知G类或H类放大器的功效更高。

G类线路驱动器具有4个电源端子，替代AB类线路驱动器仅有的2个电源端子。第一组电源端子与低对称电压电源干线(例如，+/-6V)耦合，第二组电源端子与高对称电压电源干线(例如，+/-9V)耦合。只要输出信号的振幅很小，便通过低压电源端子为放大器的输出段供电。当输出电压必须上升到更高电平时，则立即通过高压电源干线为放大器供电。

虽然这样会显著降低线路驱动器的平均功耗，但是该技术也有一些缺陷：

-AB类放大器可以不对称地供电(即，在接地基准电压和单个电源干线之间)，而G类放大器需要至少3个电源干线并且所有典型的G类放大器使用4个电源干线(即，低对称电压和高对称电压)。提供这四个电源电压不仅会增加电源的成本和体积，而且在布置这三个额外的电源干线时也需要印刷电路板(PCB)中具有更多的铜层，从而使得线路终端单元更加昂贵。

-G类线路驱动器可用于ADSL。对于VDSL，G类线路驱动器只是作为样品刚开始使用。但是，由于VDSL在更高的频率上工作，因此，多数(如果不是全部)G类VDSL线路驱动器无法自主地检测何时需要切换到高压电源干线。因此，需要控制信号以持续地引导G类线路驱动器使用正确的电源干线组。

-作为新兴驱动器，G类线路驱动器无法替代。因此，它们不适合多数设备制造商所采用的多源策略。

-迅速从一组电源干线切换到另一组电源干线需要复杂的技术。掌握这项技术需要最先进的工艺，这样会使G类线路驱动器比AB类线路驱动器更昂贵。

H类线路驱动器仅有两个电源端子，类似于AB类线路驱动器。H类线路驱动器内部配备电荷泵。当输出电压必须上升到更高电平时，会打开电荷泵，逐步提升施加到线路驱动器输出段的电源电压，从而在没有任何失真的情况下创建所需的输出电压。由于输出段的电源干线仅增加到瞬间输出电压所需的电平，因此，H类线路驱动器肯定比G类线路驱动器更能降低功耗。

但是，H类线路驱动器也有一些缺陷：

-仅有一个制造商宣布拥有生产VDSL H类线路驱动器所需的技术。但是目前尚未见到任何样品。并且与G类线路驱动器类似，H类线路驱动器也不与多源策略兼容。

-作为只有一个制造商所拥有的复杂技术，该技术的成本肯定非常高。

-除了线路驱动器更昂贵之外，由于电荷泵需要外部电容器，会进一步增加材料费。这些电容器还需要电路板上具有额外的空间。

还存在所谓的“栅控H类”线路驱动器，即，某些在内部产生高电压电源干线并且还需要外部控制信号来切换电源电压的G类线路驱动器。因此，该“栅控H类”线路驱动器不会提供真正的H类线路驱动器所承诺的功率增益，而更像是G类线路驱动器(或者因为电荷泵中的效率损失，比G类线路驱动器更差)。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的上述缺点并提供用于减小线路终端单元功耗的低成本解决方案。

根据本发明的第一方面，一种线路终端单元包括：

-用于驱动传输线的线路驱动器，所述线路驱动器带有第一电源电压输入端和第二电源电压输入端，

-电源装置，所述电源装置带有用于为所述线路终端单元的模拟部分馈电的模拟电源电压输出端，以及至少一个用于为所述线路终端单元的数字部分馈电的数字电源电压输出端，以及

-接地电压基准，

其中所述模拟电源电压输出端耦合到所述第一电源电压输入端，

并且所述线路终端单元进一步包括用于选择性地将所述至少一个数字电源电压输出端或所述接地电压基准之一耦合到所述第二电源电压输入端的选择器。

低电源电压输入端选择性地耦合到地回路或与通常用于为线路终端单元的数字部分馈电的电源电压输出之一(例如，用于TTL电路的+5V输出、用于LVTTL电路的+3.3V输出、用于DDR1内存芯片或用于GB以太网的2.5V输出、用于DDR2内存芯片的+1.8V输出等)。

由于该选择性的耦合可以通过例如低成本FET开关实现，因此该解决方案可以根据线路驱动器或线路驱动器组实施并极具商业吸引力。因此可以针对各种支持的线路规格和输出功率级别，根据功率耗散选择最佳电源电压。

线路终端单元的功耗对于DSL运营商而言是一个重要的影响因素：运营商愿意支付溢价以减少其已安装的DSLAM基的运营支出(OPEX)。

在本发明的一个实施例中，线路终端单元进一步包括用于根据至少一个线路参数控制所述选择器的操作的控制器。

每个线路驱动器的电源根据各个线路的一个或多个线路参数进行调节，从而最佳地调节每一个线路驱动器的电源电压。

在本发明的一个实施例中，所述至少一个线路参数包括要在所述传输线上使用的运营商可调节传输简档。

所述传输简档确定信号将遵循的频谱和功率特性，从而确定线路驱动器将支持的信号峰均比(PAR)。信号PAR反过来确定为线路驱动器馈电所使用的正确电压范围。

在本发明的一个实施例中，所述至少一个线路参数包括所述传输线的可测量信道特性。

此类可测量信道特性例如是传输线的电长度或类似特性，它最终控制特定传输线上所需的实际发送功率。此类可测量信道特性可通过单端线路检测(SELT)或双端线路检测(DELT)获取。

此类信道特性还可以在作为正常收发机操作的一部分的展示时间(show time)中测量，例如用于根据可实现的比特误差率(BER)和预期的编码增益确定各个载波比特加载和增益的信噪比(SNR)。

在本发明的一个实施例中，所述至少一个线路参数包括在所述传输线上的通信会话的先前操作期间确定的通信参数。

在本发明的备选实施例中，所述至少一个线路参数包括在所述传输线上的通信会话的当前操作期间确定的通信参数。

此类通信参数例如可以是指相对信道增益(也称为gi)和/或功率谱密度形成系数(也称为tssi系数或PSD掩码)，这些通信参数生成特定传输线上的实际发送功率。

控制器可以使用非易失性存储区域中存储的先前通信会话的通信参数，也可以替代地使用收发机单元中现行使用的当前会话的通信参数。

进一步的特性化实施例将在所附的权利要求中提到。

附图说明

通过结合附图参考下面对实施例的描述，本发明的上述和其他目标和特征将变得更明显，并且可以最佳地理解发明本身，在所述附图中：

-图1表示馈电线路驱动器的现有技术，

-图2表示根据本发明具有第一电源配置的线路终端单元，

-图3表示根据本发明具有第二电源配置的线路终端单元，

-图4表示根据本发明具有第三电源配置的线路终端单元。

具体实施方式

图1示出线路终端单元1(或LT)，包括以下功能块：

-线路驱动器10(或LD)，

-电源装置20(或PSU)，以及

-接地电压基准30(或GND)，用作一般电流回路。

一般而言，将输出端绘制为实三角形，将输入端绘制为中空三角形。将电源干线和地回路绘制为粗线。

作为示例性实施例，绘制出四个线路驱动器10a-10d。

电源装置20包括与DC或AC电源(未示出)(例如来自电池的-48V/-60V或来自AC公用电力的110/220V(RMS值))耦合的电源电压输入端21(或AC/DC IN)，以及与接地电压基准30耦合的接地基准输入端24。

电源装置20还包括一个或多个稳压器和另外的电路(例如，电容器)以通过第一电源电压输出端22提供第一模拟电源电压输出基准，以及通过另外的电源电压输出端23提供进一步的数字电源电压输出基准。

所述模拟电源电压输出为包括但不限于线路驱动器10的线路终端单元1的模拟部分馈电，并且可以在预定电压范围(目前为+10V到+13.2V)内选择。此外，电源装置20通过设计可以在特定电压输出值，例如，+13.2V，上实现最佳效率。

另外的数字电压输出为线路终端单元1的各个数字部分馈电。作为示例性实施例，绘制出三个数字电源电压输出端23a、23b和23c，分别提供3.3V、2.5V和1.2V电压作为数字电源电压输出基准。

在现有技术解决方案中，线路驱动器10非对称地进行供电，也就是说，线路驱动器10的所有正电源电压输入端11(或+VCC)与电源装置20的模拟电源电压输出端22耦合，线路驱动器10的所有负电源电压输入端12(或-VCC)与接地电源基准30耦合。

可以替代地使用对称模拟电源，例如，分别与线路驱动器10的所有正电源电压输入端11和所有负电源电压输入端12耦合的+9V和-9V模拟电源电压输出基准，为线路驱动器10供电。

图2示出根据本发明具有第一电源配置的线路终端单元1′。

线路终端单元1′包括以下功能块：

-线路驱动器10，

-电源装置20，

-接地电压基准30，

-选择器40(或SEL)，以及

-控制器50(或CTRL)。

在本实施例中，线路驱动器10的所有正电源电压输入端11仍与电源装置20的模拟电源电压输出端22耦合，而线路驱动器10的负电源电压输入端12通过选择器40分别与接地电压基准30或电源装置20的数字电源电压输出端23之一耦合。因此，可以将线路驱动器配置为在13.2V、12.0V、10.7V或9.9V电压上工作(假设模拟电源电压输出基准被调节为最佳值+13.2V)，上述任何电压都最适合于选定的线路简档或输出功率。

可通过将模拟电源电压输出基准下调到10V，也就是10V、8.8V、7.5V或6.7V，来达到线路驱动器的更低的电源电压。

需要指出，通过此类电源配置引入传输信号的DC偏移通常由隔离收发机电路和传输线的变压器(未示出)过滤出。

选择器40包括诸如低成本FET开关或类似开关之类的开关41。可以为每个线路驱动器分配特定的开关以便单独地控制它们的电源电压，或者替代地两个或多个线路驱动器共享同一回复电压选择开关(为降低成本)。作为示例性实施例，线路驱动器10按对分组，分别为线路驱动器对{10a、10b}和{10c、10d}，每对都与选择器40的各个开关41a和41b耦合。

控制器50与选择器40耦合并且动态地控制选择器40的操作。更具体地说，控制器50根据与其耦合的对应线路驱动器或线路驱动器组的功率要求动态地控制开关41的位置。

最佳电源电压随着相关线路驱动器或线路驱动器组的实际下行总发送功率而变。此数据典型地在初始化序列完成和收发机同步之后可用。但是，所述线路驱动器电源电压开关应该优选地在初始化序列之前进行控制，以避免展示时间(show time)中出现瞬态效应。因此，该选择应该基于诸如线路传输简档和/或进一步的功率限制之类的单独配置数据和/或基于通过SELT或DELT测量获取的线路设备估计和/或基于诸如放宽的BER之类的放宽要求和/或基于来自之前初始化的历史数据。

一个要求是数字部分的每个可选电源干线的实际电流高于所有线路驱动器的实际电流。无法针对其保证这一要求的数字部分电源干线需要具有“拉/灌”(sink/source)类型，而不是仅有拉电流功能。对于多数典型设计，此要求很容易满足。

线路驱动器的电流可以返回到其中的数字部分电源干线的数目可能随应用而改变。不是所有数字部分电源电压干线都需要作为可能的回复电压干线。

需要指出，本说明中提到的电源电压都是典型值。随着技术演变或当必须满足变化的电路板规范时，可以选择其他电压电平。

作为实例，可以使用+24V线路驱动器，在这种情况下，可以额外使用产生数字电源电压的母线电压，典型地为+5V或+6V，来创建+18V或+19V，以及+22.8V、21.5V和20.7V。

该配置在图3中示出，其中示出进一步的线路终端单元1″，包括以下功能块：

-线路驱动器10，

-第一电源装置70(或PSU1)，

-第二电源装置80(或PSU2)，

-接地电压基准30，

-选择器40，以及

-控制器50。

第一电源装置70包括与DC或AC电源耦合的电源电压输入端71，以及与接地电压基准30耦合的接地基准输入端74。

第一电源装置70通过第一电源电压输出端72提供第一模拟电源电压输出基准，目前为+24V，以便为线路终端单元1″的模拟部分馈电，以及通过第二电源电压输出端73提供第二电源电压输出基准，目前为+6V，以便为包括第二电源装置80的装置馈电。

第二电源装置80包括与第一电源装置70的电源电压输出端73耦合的电源电压输入端81(或DC IN)，以及与接地电压基准30耦合的接地基准输入端83。

第二电源装置80通过电源电压输出端82提供数字电源电压输出基准，目前为三个分别提供3.3V、2.5V和1.2V作为数字电压输出基准的数字电源电压输出端82a、82b和82c。

线路驱动器10的所有正电源电压输入端11(或+VCC)与第一电源装置70的模拟电源电压输出端72耦合，线路驱动器10的负电源电压输入端11通过选择器40分别与接地电压基准30或第一电源装置70的电源电压输出端73或第二电源装置80的数字电源电压输出端82之一耦合。

替代使用正模拟电源高压，可以使用负模拟电源电压作为线路驱动器的通用电源端子。所述线路驱动器的其他电源端子再次分别与地回路或电路板的数字部分电源干线中的任一干线相连。

该配置在图4中示出，其中示出进一步的线路终端单元1′″，包括以下功能块：

-线路驱动器50，

-另一电源装置90，

-接地电压基准30，

-选择器40，以及

-控制器50。

电源装置90包括与DC或AC电源耦合的电源电压输入端91，以及与接地电压基准30耦合的接地基准输入端94。

电源装置90通过电源电压输出端92提供负模拟电源电压输出基准(目前为-10V)，以及通过进一步的电源电压输出端93提供进一步的正数字电源电压输出基准，目前为三个分别提供3.3V、2.5V和1.2V作为数字电压输出基准的数字电源电压输出端93a、93b和93c。

在本实施例中，线路驱动器10的所有负电源电压输入端12与电源装置90的负模拟电源电压输出端92耦合，而线路驱动器10的正电源电压输入端11通过选择器40分别与接地电压基准30或电源装置90的数字电源电压输出端93之一耦合。因此，可以将所述线路驱动器配置为在13.3V、12.5V、11.2V或10V电压上工作，上述任何电压都最适合于选定的线路简档或输出功率。

但是应该指出，当与第一和第二实施例相比时，该配置的效率不高。在一个和第二实施例中，所述线路驱动器的回复电流实际提供在与所述线路驱动器耦合的数字电源干线上消耗的电流部分。在第三实施例中，也为所述线路驱动器供电的数字电源干线必须在数字部分消耗的电流之上提供由所述线路驱动器拉动的电流。第一眼看上去，似乎实际消耗更多功率，但事实并非如此，因为与第一和第二实施例相比，第三实施例的负电源电压可以降低。但是，需要提供更多电流的功率输出通常具有更高的RI²损失。因此，由于变流器的效率偏低，所以该第三实施例消耗的功率稍微偏高。

值得提出，除了两个电源端子之外，多数线路驱动器具有进一步的输入端子作为设置线路驱动器的偏置电流的数字输入信号的基准电压。该基准电压(以及上面的偏置设置信号的振幅)必须位于电源电压范围[-VCC，+VCC]内。

在图2或图3示出的配置中，该进一步的输入端需要耦合到所述线路驱动器的负电源电压输入端12，或耦合到最高数字电源电压输出端。然后，需要“电平移位器”(由三个电阻器构成)以将数字组件产生的偏置控制信号转换为相应的电平。

在诸如图4的配置中，该基准电压与接地基准耦合并且偏置控制线不需要电平移位器。

需要指出，对于能够产生18dBm或20dBm输出功率(例如，ADSL或VDSL 8b简档)并配备G类或H类线路驱动器的线路终端单元而言，这些G类或H类线路驱动器不针对被配置为在14.5dBm或更低的输出功率(例如，17a VDSL传输简档或其他任何启用下行功率下降的简档)上工作的线路提供功率消耗中的任何增益。相反，G类或H类线路驱动器运行所需的控制电路或电荷泵可能在完全不工作时消耗少量功率，这样使得这些较新的线路驱动器技术与此处根据AB类线路驱动器提出的解决方案相比，更耗功率。

虽然根据惟一地参考DSL技术和设备对本发明进行描述，但是本发明也适用于任何适合作为传输线终端的设备。此类设备可以构成接入节点、路由器、桥接器、复用器和光学单元、中继器等的一部分，并且所述传输线是指无屏蔽双绞线对(诸如CAT3/CAT5电缆之类的UTP)、同轴电缆、馈电线(用于PCL)、光纤等。

需要指出，同时还在权利要求中使用的术语“包括”不应该被解释为限于后面列出的装置。因此，表达式“包括装置A和B的设备”的范围不应该限于仅由A和B构成的设备。就本发明而言，它是指设备的相关组件为A和B。

需要进一步指出，同时还在权利要求中使用的术语“耦合”不应该被解释为仅限于直接连接。因此，表达式“与设备B耦合的设备A”的范围不应该限于其中设备A的输出直接与设备B的输入耦合和/或设备B的输出直接与设备A的输入耦合的设备或系统。这表示存在A的输出和B的输入和/或B的输出和A的输入之间的路径，所述路径可以是包括其他设备或装置的路径。

描述和附图仅说明本发明的原理。因此应该理解，本领域的技术人员能够构想各种体现本发明原理并包括在本发明的精神和范围内的配置，尽管所述各种配置未在此处明确地描述或示出。此外，所有在此引用的实例主要明确地仅出于教导目的，以帮助读者理解本发明的原理和发明人增进现有技术的构思，应该被视为不限于此类具体描述的实例和条件。而且，在此描述本发明的原理、各方面和实施例的所有说明及其特定实例旨在包括其等效形式。

图中示出的各种元件的功能可以使用专用硬件以及能够与相应的软件结合执行软件的硬件来提供。当由处理器提供时，所述功能可以由单个专用处理器提供，由单个共享处理器提供，或者由多个独立处理器提供，所述多个独立处理器中的某些可以共享。此外，所述处理器不应被构想为惟一地指示能够执行软件的硬件，并且可以暗示地包括但不限于数字信号处理器(DSP)硬件、网络处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)等。还可以包括其他常规和/或定制硬件，例如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)和非易失性存储装置。

Claims

1.一种线路终端单元(1′)，包括：

-用于驱动传输线的线路驱动器(1)，所述线路驱动器带有第一电源电压输入端(11)和第二电源输入端(12)，

-电源装置(20)，带有用于为所述线路终端单元的模拟部分馈电的模拟电源电压输出端(22)，以及至少一个用于为所述线路终端单元的数字部分馈电的数字电源电压输出端(23a、23b、23c)，以及

-接地电压基准(30)，

并且其中所述线路终端单元进一步包括用于选择性地将所述至少一个数字电源电压输出端或所述接地电压基准之一耦合到所述第二电源电压输入端的选择器(40)。

2.如权利要求1中所述的线路终端单元(1′)，并且进一步包括用于根据至少一个线路参数控制所述选择器的操作的控制器(50)。

3.如权利要求2所述的线路终端单元(1′)，其中所述至少一个线路参数包括要在所述传输线上使用的运营商可调节传输简档。

4.如权利要求2所述的线路终端单元(1′)，其中所述至少一个线路参数包括所述传输线的可测量信道特性。

5.如权利要求2所述的线路终端单元(1′)，其中所述至少一个线路参数包括在所述传输线上的通信会话的先前操作期间确定的通信参数。

6.如权利要求2所述的线路终端单元(1′)，其中所述至少一个线路参数包括在所述传输线上的通信会话的当前操作期间确定的通信参数。

7.一种接入节点，包括根据上述任一权利要求的线路终端单元(1′)。