1、通讯通信企业管理与执法全书通讯通信企业管理与执法全书通 讯 产 品 郭雅 主编 吉林摄影出版社图 书 在 版 编 目 (CIP)数 据 通 讯 通 信 企 业 管 理 与 执 法 全 书 /郭 雅 主 编 . 长春 吉林摄影 出版社 2004ISBN 7-80606-737-X. 通 .郭 . 电信 邮电企业 市场竞争 中国. F632.3中国版本图书馆 CIP 数据核字(2004)第 112282 号出版发行 吉林摄影出版社 (长 春 市 人 民 大 街 124 号 130021) 责任编辑 李乡壮经销 全国各地新华书店印刷 北京施园印刷厂 版次 2004 年 8 月第 1 版书号 ISBN
2、 7-80606-737-X / F 297定价 912.00 元 本卷定价 16.00 元I目 录推动串行互连革命 .1移动电话电子部件的技术发展 .7为数字应用提供模拟方案 .14发展光纤模块和光连接器 提高数字光通信系统品质 .22基于 MEMS 的光交换模块 29单断 PECL 与差分 PECL 的互连 31传输零点的设置在滤波器设计中所起的作用 .34光网络中的光开关技术 .36用多路复用器扩展 MCU 串口 .44光传送网与光电子工业 .47DSP 实现 HF 信道 8PSK 信号解调 .52全数字调制插值滤波 .56电磁干扰及其解决措施 .62半导体材料竞争无线应用领域 .67数
3、字移相技术的分析和实现 .75DSL 驱动器电路的主动匹配 .80面向未来光信息时代的微光机电系统 .86微光机电技术在光通信领域的应用 .87微光机电系统在光通信系统的展望 .91I基于 VORTEX 套片的高速复用/ 解复用解决方案 .93利用线性电位器创建非线性传递函数 .99集成无源技术 . 101半双工数据流向指示电路 .109电 磁 兼 容 性 (EMC)保 护 措 施 111GSM 功率放大器的电源设计 130滤波器技术简要回顾 .138功率调节 UAA1016B 的特性及其应用 .140安捷伦推出新款光纤收发器 .143国内通信电源技术与市场 .143开关电源技术发展 .144
4、FPGA 构建高性能 DSP.150敏迅推出业界首款 CMOS 工艺 4 路 串 /并 (SERDES) 收发器 157NI 为 CAN 用户提供了实时性能 158高速数据采集系统设计 .159无限数据 无限想象 165光纤电压传感的 DSP 实现 168通讯产品 1推动串行互连革命互连构成现代通信系统的关键基础 因此串行器/解 串 器 (SerDes)的 选 择 可 以 对 系 统 成 本 和 性 能 产 生 很大的影响 尽管传统的基于数据通信 的 SerDes 是 为 适 迎 合 面 向 字 节 (byte-oriented) 基 于 数 据 包 (packet-based)的总线而设计
5、但许多电信应用使用 其他总线格式 这使得将 SerDes 技术设计到这些系 统中变得很困难 本文概述了 SerDes 的体系结构 并 且 显 示 说 明 某 一 个 体 系 结 构 如 何 特 别 适 用 于 电 信 信号处理系统 SerDes 体系结构 概览 并 联 时 钟 SerDes 将 并 行 宽 总 线 串 行 化 为 多 个 差分信号对 传 送 与 数 据 并 联 的 时 钟 这些 SerDes 比较便宜 可以在通常需要同时使用多个 SerDes 的 应用中 通过电缆或背板有效地扩展宽总线 Input latch 输入闩锁Mux 多路复用器8b/10b SerDes 将每个数据字节
6、映射到 10 位代 码 然 后 将 其 串 行 化 为 单 一 信 号 对 10 位代码是这 样定义的 为接收器时钟恢复提供足够的转换 并且 保证直流平衡(发送相等数量的 1 和 0 ) 这些 属性使 8b/10b SerDes 能 够 在 有 损 耗 的 互 连 和 光 纤通讯产品 2电缆上能够以较少的信号失真高速运行8b/10b serializer 8b/10b 串行器 LVDS or CML LVDS 或 C ML Input latch 输入闩锁 8b/10b encoder 8b/10b 编码器 Mux 多路复用器 Value(decimal) 值 (十 进 制 ) Value(b
7、inary) 值 (二 进 制 ) 10-bit code 10 位代码 Alternate code 可选代码 K28.5 special code K28.5 特殊代码 Comma 逗号 位交错 SerDes 将 多 个 输 入 串 行 流 中 的 位 汇 聚 为更快的串行信号对 此类型的 SerDes 以最少的布 线将吞吐量最大化 Bit interleave SerDes 位交错 S erDes Input latch 输入闩锁 Mux 多路复用器 Input latch 输入闩锁Mux 多路复用器嵌 入 式 时 钟 位 体 系 结 构 可 以 将 数 据 总 线 和 时 钟 串行化为
8、一个串行信号对 两个时钟位 一低一高通讯产品 3在每个时钟循环中内嵌入串行数据流 对每个串行化 字 (word)的 开 始 和 结 束 成 帧 (因 此 为 可 选 替 代 的 名称为 开 始 -结 束 位 SerDes) 并且在串行流中创建 立定期的上升边沿 由于有效负载夹在嵌入式时钟位 之间 因此数据有效负载字宽度并不限定于字节的倍 数 实际上 10 和 18 位总线的产品已面世 图 5 定期嵌入式时钟位转换Period embedded clock transition接收器锁定到随机数据定 期 嵌 入 式 时钟位转换加电之后 接收器自动搜索定期嵌入式时钟的上 升边沿 由于数据有效负载的
9、数据位会随着时间的推 移而更改值 但是时钟位不随时间发生更改 因此接 收器能够定位独特的时钟边沿并与其保持同步 锁定 之后 接收器从串行流中恢复数据 而不管有效负载 数据模式如何 这种自动同步功能通常称为 锁定到 随机数据 并 且 无 需 外 部 系 统 干 预 在 接 收 器 位 于通讯产品 4不受系统直接控制的远程模块的系统中 以及其中一 个发送器广播至多个接收器的系统中 这是一种特别 有用的功能 在广播情况下 插入总线的新接收器模 块将锁定到随机数据 无需通过发送培训模式或字符 来中断到其他接收器的通信图 6 在 热 插 入 期 间 接 收 器 自 动 锁 定 到 随 机 数据Trans
10、mitter 发送器Receiver 接收器Hot insertion 热插入宽松的时钟要求大多数 SerDes 依 靠 严 格 控 制 发 送 和 接 收 时 钟 的抖动来实现锁定和锁定监测 然而 嵌入式时钟位 接收器对输入的嵌入式时钟上升边沿进行同步 并且 仅在初始同步期间才需要接收器参考时钟 以防止锁 定至假谐波 这可以将发送和参考时钟的抖动要求宽 松至少一个数量级 实际上 接收器参考时钟只需在 发送时钟频率的 50 000 PPM 的范围内即可 这 在使用非标准振荡器的系统中可以节省大量成本 因 为可以使用成本非常低的标准频率系统比较嵌 入 式 时 钟 位 SerDes 特 别 适 用
11、 于 发 送 原 始 数通讯产品 5据以及控制 奇偶校验 帧 状态等其他信号的应用 例如 基站 汽 车 影 像 /视 频 和 传 感 器 的 信 号 处 理 系 统 这 里 模 拟 /数 字 转 换 器 相 机 或 显 示 器 将 原 始 数 据传递给链路另一端的信号处理单元 为进行说明 假定在图 7 的 数 据 采 集 系 统 中 使 用 美 国 国 家 半 导 体 公司的 DS92LV18 这里 DS92LV18 不仅将数据串 行化 而且也将两位附加信息串行化 例如 奇偶校 验 状态位等 这些位与数据位一起以正常的 A/D 采 样速率进行串行化 这样便无需使用数据缓冲或附加 逻辑电路 图
12、7 基 于 DS92LV18 SerDes(上 面 )和 8b/10b SerDes(下面)实现的信号处理系统示例实现 Data acquisition 数据采集 A/D conversion A/D 转换 Data 数据 Ctrl 控制 Transmitter 发送器 Low cost clock 低成本时钟 Data processing 数据处理 processing 处理 Signal processingsystem DS92LV18 SerDes信 号 处 理 系 统 DS92LV18通讯产品 6implemention example. SerDes 实 现 示 例 Buffer
13、ing logic 缓冲逻辑 Add idle 添加空闲 Drop idle 丢弃空闲 Signal processing system 8b/10b SerDes implemention example.信 号 处 理 系 统 8b/10b SerDes 实现示例 在同一个应用中使用 8b/10b SerDes 将更加复 杂 附加的非面向字节控制信息必须以字节格式缓冲 和发送 K28.5 逗号字符还必须在开始链路同步时发 送 这就需要附加逻辑电路 这些附加的 非数据 字节需要 SerDes 比 数 据 转 换 速 率 更 快 地 操 作 这 不仅对背板或电缆设计提出了更高的要求 而且需要
14、某 种 空 闲 插 入 /删 除 流 控 机 制 尽 管 在 数 据 通 信 系 统 中通常已经存在此类缓冲 但在许多非数据通信应用 中 这种附加数据处理增加了不必要的开销和复杂 性 本示例说明若干附加位如何对系统设计产生重大 影响结论 如 今 的 设 计 人 员 不 必 再 必 须 使 应 用 适 应 SerDes 反过来可以根据应用选择合适的 SerDes通讯产品 7嵌入式时钟位 SerDes 正在逐渐普及流行 它增加了 设计的灵活性 可以大幅减少系统成本和复杂性 移动电话电子部件的技术发展90 年代第 2 代移动电话(数字方式)不仅改善了 音质和频率的使用效率 从而建立起了今天以移动数
15、据通信为中心的现实 今天通信经营商充实了所提供 的内容 电子邮件自不待言 而且已经实现移动银行 业务 此外 有了笔记本机和 PDA 终端的 PCMCIA 卡 及快闪存储卡大小的数据通信卡的问世 预料今后移 动式的 Internet 用户将越来越多 能适应更高速数 据通信需求的第 3 代移动电话(IMT-2000)亦将问世 用户无疑将更加增多 W-CDMA 与 cdma2000 虽方式不 同 但目标都是更高品位的声音和更高速的数据通 信 如此一来 移动电话将从 喂喂是的是的 的 话音设备变成为 高速数据的网络设备 从而对电 子部件的要求也将改变当然与现在一样有小型化的要求 但今后不是单 个功能部
16、件的小型化 而是要求组合化 多功能化的 小型化 就像欧洲的 GSM 移动电话曾装有适应多种移 动电话制式的双频部件那样 在把迄今各个部件集成 一体的同时求取小型化 将成为今后的基本要求 在 这一背景下 今后不仅不同移动电话制式需组合外通讯产品 8还要配置 蓝牙 及 GSP 等非移动电话的无线功能 使移动电话具有更多功能 电路规模更大 此外 为适应高速数据通信 将要求高频率和宽 带化 要 实 现 高 速 /大 容 量 的 数 据 通 信 每个频道的 占有频带要更宽 这就要求宽带滤波器 另外 要在 宽带下确保多个频道 就要求把载波频率提得更高 移动电话使用的频率在第 2 代为 800MHz 1.9
17、GHz 频 段 第 3 代在 2.1GHz 频段 而第 4 代正在研究 58GHz 频段 将来如要传送动画数据 不是目前移动电话那样 短 时 间 的 突 发 发 送 而 是 要 求 多 时 隙 发 送 和 连 续 发 送 这就需要更低损耗和更高承受功率的部件 如上所述 今后的移动电话电子部件需要适合组 合 化 /多 功 能 化 的 小 型 化 和 适 应 高 速 数 据 通 信 所 希 望 的 高 速 /高 频 率 化 此外 今 后 无 铅 和 无 铬 等 考 虑 到 环保的材料及部件的开发也很重要 松 下 电 子 公 司 把 高 频 电 路 技 术 与 精 密 压 力 加 工 及精密复合成形
18、技术相结合 开发成功了高灵敏度 高效率的 GSM/DCS 双频小型固定式天线 随着移动电 话的组合化 必须用一付天线收发多个频带 天线的 构造变得复杂了 过去移动电话的天线振子是线材卷 成螺旋状 其特性容易不一致 而且也难以适应双频通讯产品 93 频等多频段 因此 该公司研究了把铜片压加工成 齿形梯子状再成型为螺旋状的 加压线卷成型工艺 (图 1) 由于在金属模内弯曲成形 提高了额定尺寸 精度 实现了谐振频率不一致性极低的天线 此外 由于高精度地同时构成多个振子 不易于构成适应多 频段的复杂结构 而且由于利用金属模成形 可采用 导电率更高的铜片 而实现了损耗低的天线 伴随移动电话组合化 电子部
19、件也需高功能化组 合化的典型例子 是目前许多 GSM/DCS 组合移动电话 机所使用的积层开关共用器 以往作为单个部件的分 频器 高频开关 低 通 滤 波 器 (LPF) 采 用 低 温 烧 结 陶瓷(LTCC)技术将其集成一体 以追求小型化(图 2) 利 用 传 统 积 层 平 面 滤 波 器 的 开 发 制 造 形 成 的 高 度 积 层 工 艺 技 术 和 积 层 电 路 的 三 维 电 磁 场 分 析 在 LTCC 积层底板(介 电 常 数 7)中 高 密 度 集 成 了 分 频 器 移相电路 LPF 等 尺寸为 6.7 4.8 1.8mm 此外 开关采用了低损耗及畸变极佳的 PIN
20、二极管 今后 在进一步追求小型低损耗化的同时 预计 将在收信方采用 SAW 滤波器等以实现更为组合化的小 型化 高 频 SAW 滤 波 器 的 小 型 化 已 达 到 2.5 2.0 1.1mm 而且能承受 1W 以上大功率的天线共用器也已通讯产品 10商品化 SAW 滤波器由于在压电底板上形成细小的梳 状电极 难以适应于天线共用器那样大功率的电路 针对这一课题 该公司开发了 AlCcCu 合金与 Ti 的积 层电极 实现了在 800MHz 频段达 1.3W 在 50 下寿 命超过 5 万小时的 SAW 滤波器 用 SAW 滤波器来实现 天线共用器较之以往的介质同轴型 体积可缩小到 1/10
21、800MHz 频段 CDMA 方式移动电话用 SAW 共用器的 结构 在内置相位电路的积层陶瓷封装中 安装有收 发 单 片 化 的 SAW 滤 波 器 尺 寸 达 到 了 5.0 5.0 1.8mm 今后 随着 W-CDMA 等的高频化 必须开发以 更 细 小 的 梳 状 电 极 来 确 保 功 率 承 受 特 性 的 新 材 料 及 滤波器电路结构 公 司 采 用 独 特 的 厚 膜 印 刷 技 术 (凹 版 复 印 印 刷 工 艺) 开 发 成 功 了 小 型 高 频 平 衡 器 及 耦 合 器 等 商 品 它 把 埋 入 在 胶 片 上 形 成 的 沟 道 中 的 导 体 糊 剂 (银
22、)复 印到陶瓷底板上 可形成 L/S=20/20mm 且导体厚度 也为 20mm 的高密度/高纵模比的厚膜印刷电路 采用 该技术形成细小的传送线路 实现了小型的高频平衡 器及耦合器 移 动 电 话 用 的 压 控 振 荡 器 (VCO)近 年 来 不 仅 小 型 化 而且还在追求多种多样的特性要求 就小型化而通讯产品 11言 通过独特的安装技术的开发 引入了超小型部件 且以低于 0.15mm 的部件间距进行安装 实现了 5.04.0 1.6mm 的尺寸 此外 通过晶体管的改进及振 荡电路的开发 改善了小型化带来的谐振器 Q 值降低 及低电耗引起的特性劣化 除小型化外 还要求高频 化宽带化 高输
23、出等 随着移动电话的小信号系统 高频电路的 IC 化 以往统一的无线电路(频率)结构 出现了每台机器间的差别 对 VCO 的要求多样化了 尤其是关于高频率化 对第 4 代移动电话及其它无线 通信设备都是重要的开发课题 此外 今后由于半导 体 开 发 及 材 料 /工 艺 开 发 如 何 减 少 部 件 件 数 也 是 小 型化的课题 公司于 1997 年初开发并生产了把移动电话(PDC 个人数字蜂窝通信)的高频电路组合起来的 RF 组件 当时它是以 VCO 技术为核心的 把小信号电路集成起 来的组件 但是 由于近年来移动电话走向数据通信 领域 强烈要求完全装有笔记本机及 PDA 用的通信功 能
24、组件 因此 公司正在开发适应今后数据通信所期 待的 GSM 体制的 GPRS 方 式 和 cdma2000-1X 方式的小 型 RF 组件 该组件不只限于过去的小信号电路 而 把 直 到 天 线 端 的 所 有 高 频 电 路 及 基 带 系 统 的 电 路 通 信功能都包罗在 51.0 32.0 4.5mm 尺寸中 并备有通讯产品 12并行和串行接口 今后 可进一步实现高速数据通信 的 W-CDMA 和 EDGE 以及蓝牙等的系统开发正在计划 中 在移动电话中装有麦克风 扬声器 受话器 蜂 鸣器等许多音响/振动部件 这些部件的小型化/组合 化是移动电话小型化的重要课题 振动发声器是通过切换输
25、入信号的频率 把作为 音 响 元 件 的 微 型 扬 声 器 及 受 话 器 的 振 动 与 作 为 振 动 元件的振动器的动作组合成一个新的部件(图 5) 把 包含磁路的外罩用悬架支撑起来而形成浮动结构 其 机械谐振频率设计为 120 150Hz 实现了振动力高的 振动器功能 低于上述频率几乎不产生振动 仅音频 线卷与振动板振动 与通常的扬声器一样动作 在振 动 发 声 器 中 振 动 板 使 用 独 特 的 高 弹 性 率 振 动 板 (PEN) 作为扬声器性能还实现了高音压/低失真 目前 移动电话机中元件的主流为 1005 号 今 后将是 0603 号元件为主流 该公司的电阻 电容 电感
26、热敏电阻等各种 0603 号元件一应俱全电阻 方面 除单个电阻的小型化外多个电阻一体化来减 少安装面积的 2 联 4 联型也在开发中 电容方面 针对高频电路的低损耗化 开发了使用高 Q 介质材料 的 高频精密积层电容器 容量范围 0.05 3pF 最通讯产品 13小容量容差 0.03pF Q 值高于 400(1GHz 2pF) 温度特性低于 30ppm/ 公司的片状电感具有采用凸 起断路技术的独特的卷线结构 不仅因高 Q 自谐振频 率高 而且还有安装的方向不同 L 值不变的特点 除 上述元件之外 还开发 生产了 0603 号片状积层热 敏电阻和 1005 号片状积层可变电阻等无铅元件 此 外
27、在电解电容方面 采用功能性高分子的方法 正 在开发小型大容量 低 ESR 的铝 钽电解电容器 随着移动电话的多样化 各种附加功能的增加使 各种噪声发生源也在增加 此外 TDMA 方式中突发发 射 带 来 的 电 源 电 压 变 动 从 受 话 器 便 能 听 到 突 发 噪 声 为抑制这些噪声 正在开发各种噪声对策部件 通 用 型 扼 流 圈 可 用 于 高 速 差 动 传 送 线 路 的 噪 声 对策 EMI 过滤器是针对图像信号及控制信号线路的 EMI 噪声对策的最佳过滤器 此外 双态噪声过滤器以除去移动电话的突发噪 声为目的 是一种去除常态噪声的片状铁芯与去除共 态 噪 声 的 共 态
28、扼 流 圈 结 为 一 体 的 过 滤 器 以 1.251.0 0.5mm 大小实现了过去 56 个 LC 部件构成的电路 随着前述各种部件的小型化 也需要适应更高密 度安装的印制电路板 该公司完全针对 更小 更薄通讯产品 14更 轻 的 需 求 开 发 了 全 层 IVH(填 隙 式 通 路 孔 )的 ALIVH 底板 从 1996 年上市 它采用轻量 高耐热 低热胀的阿拉米德为基材 用二氧化碳激光器高速进 行微孔加工 用导电粘剂进行层间连接 实现了全层 IVH 结构(图 6) 采用可以通孔套通孔 通孔衬垫片的全层 IVH 结 构 其特点是 底板表面可以没有不必要的通孔及布线 对设 备的小型
29、化作出贡献 提高设计者的设计自由度 大大缩短了开发周 期 目 前 半 导 体 裸 片 等 能 适 应 更 高 密 度 安 装 的 ALIVH-B 底 板 已 开 始 批 量 生 产 用 A LIVH-B 实现了 L/S=50/50mm Via/Land=130/250mm 的精密化 为数字应用提供模拟方案以 下 我 们 将 针 对 一 些 使 用 在 通 信 数 据 传 输 产 品 和 PC 应用上的模拟器件加以讨论 并将阐述这些产 品的功能和讨论其存在的原因 目 前 数 字 传 输 中 一 个 最 主 要 问 题 是 耗 用 的 频 宽 比所传输的资料率还要高许多倍 为了解决采用纯数 字化信
30、号传输的带宽瓶颈 调制解调技术目前已逐渐 蓬 勃 地 发 展 成 一 系 列 数 字 用 户 环 路 (DSL)型 态 的 产 品 通常统称为 xDSL 通讯产品 15在这些应用中 模拟技术可以将电话线上资料的 传输率提升数百倍以上 目前还没有任何数字形式的 传输可以达到这样的要求 因此信号必须先调变为模 拟的形式以便将占用的频宽降至最低 举例来说 早 期的 ADSL 的 G.lite 技 术 可 以 用 少 于 1MHz 的频宽来 传送 2Mb/s 的资料 并在稍后的 G.DMT 全速率中达到 6-8Mb/s 最 主 要 的 是 采 用 一 种 正 交 振 幅 调 制 (QAM)技 术 并
31、且 对 每 个 参 与 信 号 传 输 的 器 件 在 线 性 化 程 度 的 要 求上都非常地高 通常所有相关器件的失真或者是噪 声影响必须要低于 0.1% 而且 A/D 与 D/A 转换器的分 辨率必须为 12bit 或 14bit 在输入及输出的带通滤 波线路中也不能采用数字或者是无源式 而且需要将 一个如 EL2221C/EL2244C 的高度线性 高信噪比(S/N) 的运算放大器放置在 LC 滤波线路中 另外 ADSL 线路 驱动放大器必须要在这样的系统中输出12V 170 450mA 峰 值 的 信 号 目 前 只 有 少 数 的 驱 动 器 如 EL1501C/EL1502C/E
32、L1503C/EL1509C 与 EL1507C 能够达到这样的要求 这一类的产品将能够大幅扩展 Internet 的用途也将会是今后 3 10 年内的消费时尚和热点 多媒体附加卡 如显示卡以及图像捕捉卡 是另通讯产品 16一个成长快速的 PC 周边市场 其中也采用了大量的 模拟器件 模拟信号在过去多年来已被用于传递图像 信号的显示设备上 而随着技术的改进 图像信号的 频宽也由 CGA VGA 一路发展到现在 SVGA 与 XGA 由 于改用数字方式传递这些信号需要更高的频率 因此 预料模拟传输方式还是会在未来的几年持续被使用 而且它同时也能够降低相关信号所带来的接线问题 在这些应用上需要较高
33、的驱动力以及大约 250MHz 频 宽的放大器 EL2386C 就是这样的一个放大器 它在 一个芯片上包含了三组放大器 使得它非常适用于处 理 PC 显示器上所使用的 RGB 三个信号 这些放大器 通 常 以 非 反 相 的 模 式 运 作 增 益 设 为 2 终 端 负 载 75 这些终端匹配器最主要的功用是用来消除传输 信号上的反射与振铃波 在 图 像 捕 捉 卡 的 输 入 端 我 们 可 以 发 现 许 多 的 模 拟器件 输入的信号必须要能够被调整到正确的电压 电平以便透过 A/D 转换器转成数字信号 负责这个功 能的是一个直流电平恢复转换放大器 这类放大器包 括有 EL4089C
34、EL2090C EL4093C 与 EL4390C 时序信 号 则 由 一 个 称 为 同 步 信 号 分 离 器 的 模 拟 器 件 所 产 生 产品编号为 EL1881C EL4581C 与 EL4583C 的器 件 可 以 经 由 标 准 图 像 输 入 信 号 产 生 该 信 号 的 时 序 信通讯产品 17息 另 外 在 图 像 输 入 上 还 可 能 会 看 到 如 EL4584C 或 EL4585C 等锁相器器件 这些器件由同步信号分离器 取得水平时序信号 然后产生 A/D 转换器使用的像素 时钟 这个时钟与输入的扫描线频率信号在相位上保 持同步 就如 CD 播放机取代了盒式录放
35、机一样 许多人 预 测 DVD 播 放 机 将 会 很 快 取 代 VHS 录 放 影 机 而 CD-R/W 与 DVD-RAM 也将取代 PC 上使用的 CD-ROM 光盘 机 对大部分使用者来说 CD 与 DVD 显然是将资料以 二进位数字方式储存的数字系统 但却没有多少人真 正明白 要制作出更高速 CD 或 DVD 播放机的一个主 要的关键在于 I/V 放大器的反应速度 而这正是一个 模拟器件 以 实 际 数 字 来 说 一个 42CD-ROM 需要 42MHz 频宽的 I/V 放大器 而 8DVD ROM 则需要 48MHz 频宽的 I/V 放大器 同时这个 I/V 放大器还必须具有
36、快速的增益切换功能以适应不同型态的光学媒体 并 且 由 于 它 通 常 位 于 移 动 读 取 头 上 检 测 二 极 管 阵 列 的 旁 边 因 此 两 个 符 合 以 上 条 件 的 产 品 为 EL6260C/EL6261C 这类器件拥有 8 个 I/V 放大器 并且有高达 60/80MHz 的频宽 除了 I/V 放大器之外 激光二极管光学 APC 放大 器也是 DVD 信号读取头上另一个重要的模拟器件 光通讯产品 18学自动功率控制器(APC)放大器 如 EL6270C 包含了 所 有 将 激 光 二 极 管 驱 动 至 额 定 光 学 输 出 电 平 的 所 有 相关模拟器件 EL6
37、290C 是一个可编程的激光驱动器 可集成多 种波形 广泛支持 DVD 或 CD 等不同工业标准的格式 媒质和刻写速率 针对 CD-R CD-RW 与 DVD-RAM 等各种不同的激光 驱动器 有 EL6273C EL6274C 与 EL6275C 等以及 EL6257C 与 EL6259C 等的产品 对大部分 PC 使用者来说 扫描仪是个数字式设 备 但事实上 高速的放大器 也就是模拟电路中最 基 本 的 构 成 方 块 在 扫 描 器 内 扮 演 了 相 当 重 要 的 角 色 就如 DVD 应用中的放大器一样 这些高速放大器 可 以 作 为 如 模 拟 处 理 器 高 输 入 容 抗 等
38、 模 拟 输 入 噪 声 与 CCD/CIS 感测器输出隔离的一个缓冲 如果输入容 抗大于 CCD/CIS 影像感测器的驱动能力 那么稳定时 间将会受到影响 由于大部分的 CCD/CIS 感测器都以 单一的 5V 电源供电 因此当然希望放大器也能够使 用相同的单一电源 为了达到最大的增益以及最高的 分辨率 放大器必须采用全振幅的输出方式 而且同 样的 我们也必须将低耗电以及小型化封装作为基本 的要求 因为这些放大器必须直接安装在 CCD/CIS 感通讯产品 19测器旁 EL5144C/EL5146C 就提供了这类应用的最佳 选择 拥有 100MHz 的频宽 200V/us 的电压变换率以 及
39、快 速 稳 定 的 特 性 可 以 被 应 用 在 高 分 辨 率 的 9600dpi9600dpi 彩 色 打 印 扫 描 器 上 采 用 小 型 SOT-23 封 装 这 个 器 件 可 以 被 摆 放 在 相 当 接 近 CCD/CIS 感测器的位置 因此可以大幅度降低因为电 路交错所产生的分布电容 改进所需的稳定时间与精 确度 目 前 取 代 标 准 阴 极 射 线 管 显 示 器 的 一 个 替 代 方 案 为 薄 膜 晶 体 管 液 晶 (TFT-LCD)显 示 器 液 晶 显 示 器 目前已经能够提供高级显示器所需的分辨率 并且能 够以更薄更精简的体积提供高品质的图像 许多人都
40、认为其中的器件为数字方式 但事实上却包含了相当 多的模拟电路 显示器的输入端通常都采用模拟的方 式以便与目前许多使用中的显示器标准相兼容 输入 端多工器 如 EL4331C 首先被用来在数个图像来源 之 间 作 选 择 然 后 这 个 信 号 再 透 过 如 EL4093C 或 EL2090C 等器件作直流电平恢复 直流电平恢复放大 器还必须透过另一颗模拟器件 也就是同步信号分离 器 来 提 供 时 序 脉 冲 (这 类 的 芯 片 包 括 有 EL1881C EL4581C 与 EL4583C) 接着这些信号被数字化 然后 送到线路驱动芯片上 通讯产品 20虽 然 目 前 流 行 的 是 系
41、 统 芯 片 (SOC)的 集 成 趋 势 但是一些高性能的模拟基本架构器件 如高频多工放 大器 可变增益放大器 取样及保持电路以及特殊应 用芯片也是系统集成不可缺少的器件 投影机或高级 监 视 器 的 前 端 处 理 电 路 通 常 都 包 含 一 个 多 工 (MUX)放 大 器 (如 EL4331C EL4332C) 直 流 恢 复 放 大 器 (如 EL4093CEL4390C EL2090C)以 及 同 步 分 离 器 ( 如EL1881C EL4581C EL4583) 以 EL4331C 来说 这是一个频宽 300MHz 内含三 组 2 1 的多工放大器 可以用来在两组 RGB
42、图像来 源之间作切换 接着同步分离器由所选择的图像信号 取得时序脉冲 水平同步输出通常用来驱动一个锁相 环 路 (PLL)以 产 生 信 号 数 字 化 应 用 的 高 频 像 素 时 钟 信 号(EL4585C 就是这样的器件) 同时它还可以很轻易 地依照需求产生多种通用的像素时钟标准信号 而同 步分离器的后端输出则可以用来触发直流恢复电路 将 输 入 影 像 信 号 的 黑 幕 电 平 调 整 到 一 个 预 设 的 电 压 值 以便在模拟以及数字系统中使用 当 CMOS 晶体管的体积越来越小 而数字系统的 运作越来越快时 对直流电源的需求也将有所改变 Intel 公司 CPU 的进化过程
43、就是一个很好的例子 标 准的 486CPU 需要 5 V 2A 的电源 300MHz 以上的通讯产品 21Pentium MMX 需要 3.3V 6A 的电源 较新的 400MHz 800MHz Pentium II/III 则需要 1.8V 3.5V 15A 的 电源 解决方案也从直接由电脑内部标准的 AC-DC 电 源 供 应 器 提 供 (486) 转 变 到 特 别 的 线 性 稳 压 器(Pentium) 然后到目前专用的 DC-DC 开关式稳压器 (Pentium III/IV) 照着 IntelCPU 改变的方式 其 实大部分数字系统如 DSP FPGA 也大都依循相同的趋 势
44、Elantec 与许多其他的模拟器件供应商一样也提 供针对这类电源供应需求的解决方案 两个 DC-DC 转 换器产品系列 分别为 MonoPower?完全集成式 DC-DC 转换器 如 EL7556BC EL7558BC EL7564C EL7563C(输出为 6A 8A 和 4A)以及只含 PWM 控制器的系列 EL7571C MonoPower 系列将 MOSFET 开关管集成到芯 片当中 可以达到更高的效率并减少电路板的占用面 积和电磁干扰 而效率也因采用同步整流方式 可以 高达 95% 这些器件主要是针对需要 2A 8A 之间供应 电流的应用所设计 完成一个 20W DC-DC 转换器
45、所需 的电路板面积可以在全部采用表面贴装器件时 缩减 到只有两平方英寸 无 线 鼠 标 以 及 无 线 键 盘 可 以 利 用 红 外 线 或 者 是 无线连接的方式来加以实现 需要的资料传输率以及 距离并不高 方便性才是主要的要求 无线通信最好通讯产品 22的解决办法其实还是采用模拟的方式 也就是一个简 单的传输器加上一个简单的接收器 EL6200C/EL6201 就是个相当好的传输器 它可以直接接受模拟或者数 字资料的输入 并且能够直接驱动天线 在接收部分 MICRF001 可以简单地完成相关的工作 如果配合上比 较精细的接收器电路 我们就可以有相当廉价的方式 制作出办公室与办公室之间无线
46、以太网连接 以上的这些例子其实只是运用 Elantec 半导体有 限公司模拟器件来达成数字世界的许多方式之一 透 过降低频宽的要求 提高与通用标准的相容性 并且 帮助我们与实际的模拟世界沟通 这些器件都扮演着 相当重要的角色 同时 当数字信号的速度越来越快 时 就必须得依赖模拟信号 其中最主要的原因来自 于 我 们 所 使 用 的 电 路 板 以 及 连 接 线 上 的 寄 生 电 阻 与 电容 只要这些寄生效应存在 模拟处理技术就必须 用来帮助我们解决这些问题 模拟绝对不是过去式 正相反 模拟也是未来发 展的趋势 发展光纤模块和光连接器 提高数字光通 信系统品质目前 MT-RJ 光连接器已被
47、广泛应用在 100Mb/s 快速以太网及千兆位(Gbit)以太网中 MT-RJ 连接器通讯产品 23采用一个塑料套管 简化了装配难度 也降低了成本 其 较 小 的 端 口 尺 寸 也 相 应 降 低 了 千 兆 比 特 系 统 的 辐 射噪声 安捷伦(Agilent)科技公司的 MT-RJ 小封装光纤 模 块 (HFBR/HFCT-5910/5912 在 数 码 速 率 高 达 1.25Gb/s 的应用中具有宽广的适用领域 本文将重点 介绍该系列产品在光纤信道以及千兆以太网的应用 前为 HFBR 的模块适用于多模光纤 前为 HFCT 的模块 适用于单模光纤 后为 5910E 的模块用于光纤信道
48、 后为 5912E 的模块则应用于千兆以太网 将 并 行 结 构 的 数 字 系 统 连 接 至 一 个 千 兆 位 串 行 通信链路的功能块如图 1 所示 当数据从多位并行字 转换成 8 位字节 编码成 10 字节码位 并转换成高 速串行数据时 随着时钟频率的提高和字节周期的缩 短 相位噪声 (AKA 抖动)的影响将变得更加明显 为 使输入 10 位宽的编码字节串行化 设置在串并行转 换 器 (SERDES)发 送 端 的 锁 相 环 (PLL)会 将 并 行 数 据 时 钟频率提高 10 或 20 倍 由编码过程将并行数据复用 产生高速串行数据 嵌入在 SERDES 芯片接收器内的 另一
49、PLL 可 提 取 将 串 行 数 据 转 换 并 行 格 式 所 需 的 时 钟 每个 PLL 中压控振荡器是模拟的 因此 SERDES 芯 片 被 称 作 是 含 有 数 字 和 模 拟 功 能 块 的 混 合 信 号 集通讯产品 24成电路 在光纤收发器模块中也集成了一个复杂的电路 用来将 SERDES 的数据输出转换为调制激光器所需的 模 拟 信 号 并 将 接 收 到 的 光 脉 冲 转 换 回 差 分 数 据 输 出 尽管集成的水平已很高 但通信系统的噪声仍有 可能干扰 SERDES 芯片和光纤收发器的正常工作 在设计方面 本文的主导思想之一是使噪声干扰 达到最小 降低测试点的抖动 当 SERDES 芯片连接千兆位 MT-RJ 小封装(SFF)光 模块时 其必须遵守的设计规则可归纳为如下要点 只 要 遵 循 这 些 规 则 就 可 以 最 大 限 度 地 缩 短 设 计 周 期 节省工程资源 (1)在千兆位 SFF 模块与 SERDES 之间必须是一条 有 50 特性阻抗的传输线 (2) 用 差 分 信 号 线 连 接 千 兆 位 SFF 模 块 与 SERDES 以防止
