宽带调制解调器(主要基于电缆和DSL技术)的广泛发展，使宽带通信在世界各地的住宅家庭中可用，用于internet接入、交互式游戏和远程办公等应用。拥有多台个人电脑(pc)的家庭也在增加。这些设施的现成可用性导致家庭网络日益普及，用于共享Internet访问和用于工作、学习和娱乐的打印机资源。图1显示了连接到宽带网关和住宅/办公室内各种设备的典型家庭网络。

已经开发了各种技术来解决家庭计算机和外围设备之间的高速通信，以及与集线器(或网关)进行宽带访问的接口。直到最近，以太网一直是提供家庭网络的最可行的方法。以太网的吸引力在于基于成熟技术的廉价网络接口卡的可用性。然而，以太网有一个主要的缺点——需要在整个家庭中使用5类(CAT5)电缆。这几乎总是意味着房主必须安装新的电线——这是一种既麻烦又潜在昂贵的解决方案。

无线局域网提供了一种不需要安装新线路的以太网替代方案。尽管无线解决方案很方便，但由于成本较高、潜在的不安全性、多个竞争标准、缺乏互操作性以及干扰/健壮性问题，它取得的成功有限。最近IEEE 802.11无线标准的进步和WiFi联盟的出现增加了无线家庭网络的前景。然而，频谱的稀缺和无处不在的强干扰——如微波炉、车库门打开器等——将继续给无线家庭网络带来许多挑战，包括成本的增加。

较新的首选有线技术是那些“不需要新电缆”的技术;它们为房主提供了一种可能更好的建立家庭网络的方式，避免了安装新电缆的负担，同时以可承受的价格提供与以太网相当的性能。在已安装的基础设施上操作的两种选择包括电话或电力线布线。直到最近，由于频道质量非常差，利用这种现有的家庭布线进行宽带网络是不可能的。然而，由于信号处理技术的进步、硅制造几何形状的持续减少以及高速混合信号电路的性能改进，成本低廉的宽带家庭网络现在已经成为现实。家庭电话网络联盟(HPNA)标准为电话线路网络提供了框架，并允许高达10mbits /s的数据速率。HomePlug 标准描述了实现数据速率与HPNA相当的电力线网络系统的规范。

这些有线家庭网络技术，连同DSL和电缆等高速接入技术，需要在传输介质(电力线、电缆、双绞线)和数字基带处理器和控制器之间使用混合信号接口。Devices已经开发了一系列单片混合信号前端(MxFE )集成电路(ic)来弥补这一差距(参见对话卷35，第1号，2001年1 - 2月的文章，“宽带数字机顶盒的AD9873混合信号(MxFE)前端”)。

本文将要讨论的最近推出的AD9875和AD9876 MxFE器件是专门针对宽带家庭网络和宽带接入应用开发的，这两种应用都需要高数据速率或高达25 MHz的信号带宽，并且在功能、性能和成本方面提出了类似的要求。鉴于它们的灵活性，这些部件可以用于家庭网络(HomePlug, HPNA)和高速数据访问(VDSL，电源线)的调制解调器。它们专为大批量、成本敏感的消费级应用而开发，为系统解决方案提供商提供了卓越的价值。

图2描述了MxFE芯片所扮演的多功能角色。它的接收(Rx)电路接受来自传输介质的(域)信号，一旦它们被适当地接口，并提供信号调理和A/D转换，以产生可由数字物理层(PHY)和/或媒体访问控制器(MAC)处理的多路数字信号。它还接受来自这些实体的数字数据，对其进行处理和转换，并将传输(Tx)信号输出到媒体接口。该设备设计基于优化系统性能的目标，无论其I/ o的数字性质如何，都可以在“智能分区方法”中实现(参见附录)。

图2表示一个典型的有线网络节点。MxFE功能可以通过混合变压器块被动连接到电缆介质，也可以主动连接，在接收端使用放大器，在发送端使用驱动器。在数字方面，MxFE设备需要与驻留在单独芯片上的PHY和MAC接口。

对于家庭网络和高速接入市场的MxFE电路设计者来说，最重要的因素是性能、上市时间和低成本。在这种类型的新兴宽带通信应用中，可能会非常昂贵，耗电量大，并且对电路板空间要求很高。通过将复杂的混合信号、数字和信号处理功能集成在单个芯片上(如AD9875/ ad9876)，成本、性能、尺寸和功耗的结合使复杂的消费市场通信产品成为可能。事实上，通过在数字门阵列或ASIC中实施他们的知识产权和设计专业知识，结合这些设备，设计工程师可以比以往更快地开发新产品和原型，以利用快速变化的市场。

图3显示了宽带调制解调器的AD9875/AD9876混合信号前端转换器的框图。另一方面，AD9875和AD9876结合了ADC、DAC、时钟生成、可编程增益放大和数字滤波电路，提供了通常使用成本更高的分立解决方案实现的集成度和性能。ADC采用流水线式多级架构，在低功耗的同时实现高采样率。在AD9875中，接收路径在32 MSPS时提供9.5 ENOB，在50 MSPS时提供8.6 ENOB。AD9876的可比数字为10.2 ENOB @ 32 MSPS和9.3 ENOB @ 50 MSPS。每个器件中的dac分别是10位和12位插值TxDAC 电路。

在数字端，DAC输入和ADC输出可在单独的端口上使用，以适应全双工和半双工操作。每个转换器的端口多路复用成高电平和低电平，以减少封装引脚的数量。[一款10位半双工器件AD9875-HD将于2002年夏季上市，将无缝连接到目前支持多路传输和接收数据端口的homeplug兼容物理层数字asic。]

低成本、灵活、高性能、现成的混合信号前端的可用性，如这些，具有使用各种调制格式(包括ofdm)的宽带调制解调器设计的优化功能，简化了ASIC设计、规范和供应商和OEM的测试过程，并可以大大缩短上市时间。AD9875/AD9876的独特功能使这些部件成为电话和电力线网络以及某些xDSL应用的理想选择。

宽带有线调制解调器

宽带调制解调器中常见的具有高峰均比的宽带信号，无论采用何种调制方案，都对系统的单信号和混合信号处理组件提出了很高的要求。图2和图3中的AD9875/AD9876框图一起显示了通用有线宽带调制解调器的详细信息。并非每个调制解调器都需要显示每个模块，尽管大多数调制解调器确实使用相同或类似的功能，而其他调制解调器甚至可能需要额外的功能模块，如额外的滤波。有线调制解调器的块级组件可以分为三个主要功能;一个发射路径，一个线路耦合器或混合器，和一个接收路径。大多数发送和接收块都是由AD9875/AD9876组件直接寻址的。

传输路径的主要功能是将信号以足够的保真度发送到线路上，以足够高的信噪比(SNR)到达线路的远端，从而允许在接收端进行忠实解码。通常，发射器也必须这样做，同时符合频谱掩码，以确保调制解调器不会在其信道带宽之外产生过多的噪声。满足功率谱密度(PSD)掩模的要求通常会驱动发射路径组件的设计和性能要求。最受关注的两个转换器参数是比特数和采样率。

对于DAC，所需的比特数将取决于期望的信噪比、信号的峰均比(PAR)和信号带宽与采样率的比率。对于给定的信噪比要求，随着信号带宽和par的增加，需要更高精度的转换器。通常最苛刻的DAC性能参数是其无杂散动态范围(SFDR)。由非理想DAC传递函数产生的杂散可能出现在频谱中的任何位置。如果杂散的幅度很大，并且落在信号频带附近，则可能无法充分滤波。DAC的SFDR性能必须能够满足系统线性度要求。

AD9875/AD9876集成了一个10位/12位DAC，并利用插值滤波器对输入数据进行过采样。过采样，因为它使DAC图像频率远离期望信号的频率，可能导致大大简化外部滤波器的要求，这转化为更低的复杂性和成本。理想情况下，驱动器将能够提供传输路径增益并提供所需的输出功率，同时保持DAC线性性能。在DAC的可用峰值输出功率不足的情况下，AD832x电缆驱动程序或AD8xxx DSL驱动程序可以提供到电线的接口。为了提供低失真的高峰值输出信号，放大器的输出级需要高电压轨和高偏置电流，这与低功耗和CMOS集成的需求相冲突。

调制解调器前端到线路的耦合方法取决于调制解调器的类型是时域双工(TDD)还是频域双工(FDD)。TDD调制解调器通常使用一个简单的变压器耦合到线路上，并使用一个开关将发射器或接收器连接到变压器上。主要关注的是，当连接完成时，切换和稳定时间是否满足系统要求。FDD调制解调器通常采用混合方式将调制解调器的前端连接到线路上。混合调制解调器是必需的，因为调制解调器可以传输大信号，而接收器可以接收到大大衰减的信号，而这些信号可能要小几个数量级。为了限制从发射机到接收机的信号耦合量，使用了某种类型的线路匹配、抵消电路和滤波。AD9875/AD9876集成了一个具有可变截止的低通接收滤波器(图3中的LPF)，以提供各种信号带宽要求。

接收机在接收信道带宽内保持输入信号信噪比的有效性将是调制解调器原始数据速率的最重要决定因素。接收信号在信号带宽上的信噪比，由信道决定;对信道所能承载的数据量有一个基本的限制。在线路接口和数字输出样本之间的电路中，任何超出此范围的退化都被认为是实现噪声，并由接收器的质量决定。接收机的工作是消除带外信道噪声并补偿信号衰减，然后将信号数字化，以便进一步进行数字信号处理。

带外噪声和线路上的干扰从两个方面降低了接收机的信噪比。首先，存在的噪声可能通过采样过程被折叠回感兴趣的信号带，从而提高现有的本底噪声。其次，如果噪声和干扰比期望的信号大几个数量级，这将减少可以应用于信号以补偿信号衰减的增益-再次导致较低的信噪比。有效的过滤对于减少这些影响至关重要。为了优化噪声和失真性能，在片上实现了可变增益放大器。该功能由连续时间可编程增益级(图3中的CPGA)和离散时间开关可编程增益级(SPGA)共享，夹在LPF中。在SVGA之后，一个12 /10位ADC以高达50 MHz的采样率对信号进行数字化。

几个辅助功能也出现在芯片上。两个锁相环(PLL)模块，一个稳压控制电路和一个串行端口接口有助于减少外部元件数量和优化性能。

电话网络

图4和5a显示了AD9875在电话线路网络应用中使用QAM调制能够达到32 Mbps的数据速率。混合信号和数字电路的分离使数字ASIC能够在最具成本效益的几何结构上实现。由于调制编码位于数字ASIC中，因此设计人员可以在最大限度地缩短上市时间的同时最大化其“附加价值”。

电力线和VDSL调制解调器

AD9876为电力线或VDSL调制解调器提供了最佳分区，如图4、5b和5c所示。凭借其集成的可编程增益放大器，低通滤波器和12位ADC，结合2x/4x插值滤波器和12位TxDAC D/A转换器，AD9876在48引脚LQFP封装中提供了几乎整个信号链。通过添加滤波器和线路驱动器，设计人员可以通过集成的单芯片解决方案将电力线或VDSL调制解调器产品快速推向市场。与此类应用中其他集成度较低的解决方案相比，组件数量可减少多达50%;整体物料清单可比所含集成MxFE组件的采购价格减少更多。通过使用AD9875/6集成的4倍锁相环时钟乘法器和系统时钟输出，可以进一步降低系统成本。它们允许整个系统时钟实现与一个廉价的低频晶体。

AD9875/AD9876主要特性、规格和性能

• 用于宽带网络/调制解调器的低成本3.3V-CMOS混合信号前端转换器

• 10-/12位128-MSPS TxDAC+ D/A转换器

• 64-/32-MSPS输入字率

• 2 /4倍可编程传输路径插补LPF或BPF

• 灵活的下电模式

• 10 /12位，50-MSPS ADC

• 4(th)阶低通滤波器12或26 MHz带旁路

• - 6db至36db可编程增益放大器

• 内部4倍时钟乘法器(PLL)时钟输出

• 稳压控制器

• 48导联LQFP封装

AD9875/AD9876的性能特点是在-40°到+85°C的扩展工业温度范围内。

以下两张图显示了这些部件在多音应用中的传输路径性能，并说明了它们卓越的线性度。图6显示了AD9876的互调失真;在指定条件下，小于- 80db。图7显示了发射路径的多音功率比:在4.5 ~ 20.7 mhz频率范围内，对应于HomePlug频段，发射70个音时，功率比约为55 dB。

AD9876 12位ADC的性能满足两频段VDSL的要求，已被设计为该应用和电力线接入调制解调器的系统解决方案。图8是5 mhz正弦输入时THD随ADC采样率的函数图。

MxFE器件的Rx LPF有两个频率设置，一个中心频率约为10.8 MHz，另一个中心频率约为26 MHz。滤波器传递函数类似于四阶巴特沃斯函数。滤波器具有自调谐功能，可校正器件元件在部件之间的变化和温度漂移。如果需要不同的截止频率，中心频率可以在20%的范围内调节。图9显示了选择较低截止频率时的LPF性能。

AD9875/6评估板(图10)及其软件使用户可以轻松编程并快速评估特定调制解调器应用的器件。评估板提供连接器访问设备的数字传输和接收端口，这些端口为可靠的数据传输而缓冲。片上配置寄存器可以通过使用PC串口进行编程，该串口直接连接到评估板上的连接器;pc驻留评估板软件提供了配置MxFE操作的简单方法。

DAC的输出和ADC电路的输入可以通过评估板上的SMA连接器或引脚头进行访问。跳线可编程接口配置允许几种不同的电路选项，以适应不同的测试方法。板载数字环回功能允许使用信号源和频谱分析仪同时测试ADC和DAC。还有一个子卡，它可以为MxFE设备提供电话线兼容接口。

AD9875- eb软件提供了一个图形用户界面，方便编程和查询AD9875寄存器。有三个编程窗口可用。直接寄存器访问窗口允许AD9875以十进制、二进制或十六进制数据格式写和读。寄存器映射窗口为AD9875寄存器提供了简单的、面向函数的编程。该窗口在屏幕上以图形方式显示所有MxFE 函数。高级寄存器访问窗口允许对寄存器访问序列进行编程。

可用性

AD9875和AD9876于2001年夏天投入生产。它们采用经济、节省空间的48导联LQFP，价格分别为9.24美元和14.45美元(1000美元)。大批量生产时，AD9875的价格低于5.00美元(AD9876 < 7.00美元)。

附录

AD9875/6是Devices MxFE系列的成员，支持智能分区，这是一种混合信号设计技术，可以沿着优化系统性能的线路划分信号路径，而不是在/数字边界。这种方法补充了数字PHY(物理层)和MAC(媒体访问控制器)，后者由数十万到超过一百万个门组成，采用最先进的0.18 mm或更精细的几何CMOS工艺，以充分利用这些工艺提供的速度，功率和成本优势。同时，AD9875/6的核心是高性能数据转换器核心，采用成熟且具有成本效益的0.35 mm CMOS工艺制造。在这些核心上添加了数字和数字信号处理电路，为两者提供必要的接口，从而降低了系统板上电路的复杂性和成本，同时又不降低灵活性。这种混合信号和数字功能的结合在不影响性能的情况下减少了组件数量和占用空间，从而为整个系统带来了好处。

除了性能和成本优势之外，“智能分区”还为开发完整的物理层解决方案提供了合理的分工。以通信系统和算法开发为核心竞争力的公司可以专注于数字设计的这些方面，并利用他们的差异化技术。他们可以放心，通过与该领域的领导者(如Devices)合作，他们的组合和混合信号解决方案处于最先进的水平。