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ADSL收发器片上系统芯片的设计与实现

• 非对称数字用户环路（ADSL）是目前宽带接入网技术中最具有前景及竞争力的一种[1]。虽然欧美一些先进国家在ADSL示范网上取得了成功，但在当前 Internet的应用环境中，要广泛应用ADSL还有阻力。主要原因是ADSL系统技术较为复杂，采用集成电路（IC）设计方法，通过印刷电路板（PCB）来将多芯片集成为系统，系统实际性能并不理想，同时使得ADSL设备制作成本较高，因此难以推广使用。采用片上系统设计方法[2][3][4] 把各个子系统有机地集成到一个芯片上去，可以很好地克服多芯片集成系统所引起的系统性能问题，使ADSL真正成为一种高速、低成本的Internet高速接入技术。本文介绍ADSL收发器片上系统芯片设计，给出了硬件实现的具体描述。
  
  1 ADSL收发器片上系统芯片总体设计

  设计的片上系统（System on a Chip）芯片如图1所示。其中存储器核采大电流电感用NMI Electronics存储器核，PCI采用Eureka Technology的PCI核，DSP核选用某公司的DSP核，DSP算法自主设计开发。MCU核完成与DSP核、ATM成帧器核及各种接口的通信、控制、管理功能，包括PCI总线接口、USB接口、10BASE-T接口及内部总线的协调控制工作，通过专用逻辑模块来完成；环型线圈电感器DSP核致力于完成收发器设备中各种核心算法，包括ADSL子信道划分算法、DMT（离散多音频调制）子信道比特分配算法、功率调整、非线性回波抵消算法、自适应均衡算法等；模拟前端 AFE核完成A/D、D/A转换、线路驱动及分离器功能；ATM成帧器核完成ATM帧头定位及成帧功能，其中的逻辑电路完成CRC编解码、扰码与解码、 RS编解码、交织与解交织和TCM编解码；通过模式选择本设计可以工作于ATM和STM两种模式下；本芯片还提供了控制通道（共模电感器RS232接口），实现对系统的管理、监视和调试功能。设计特点：（1）模拟前端核与其他核集成在一起，避免了线性驱动器件中常见的四个电源至少需要三个的情况，实现了高效率、低功耗的设计。（2）可在局端DSL接入复用器中直接当作线卡来用，以提供高速因特网接入服务。（3）支持所有最新的ADSL标准，包括ANSI T1.413Issue 2、ITU G.992.1和ITU G.992.2。它还提供了G.Lite运作所需要的低开销、快速启动和再训练功能。（4）通过控制口提供配置和控制ADSL线的所有功能，减轻主机控制器的管理负担。

  2 芯片中的典型电路设计与实现

  2.1 ATM成帧器设计

  ATM 成帧器完成用户数据接口功能。用户数据接口将接收的Utopia接口或者STM接口数据分为快速Utopia接口或者STM接口。用户数据接口分为接收方向和发送方向两个部分，发送方向是由芯片外向芯片内，所处理数据包括ATM数据（utopia接口）、STM数据，将其组成为ADSL超帧，并分为交织通道和快速通道；接收方向是将交织通道和快速通道 的数据通过解帧等变换发送出去，也分为utopia接口数据、STM数据。其大致的结构如图2所示。
  
  

  STM接口在发送方向包括STM_Data和STM_CLK两种信号，在接收方向包括STM_Data和STM_CLK两种信号。绕行电感在发送方向，STM信号经过并串转换后，以串行方式进行传送，SLT_Data0传送偶数比特，SLT_Data1传送奇数比特，然后在通道分类中根据外部微处理器的配置（通过控制接口）将数据送入fast通道或者interleave通道。在接收方向，从fast通道和interleave通道中来的数据在通道合并中合并为串行数据，SLR_Data0传送偶数比特，SLR_Data1传送奇数比特，再经过串并转换送到STM接口中。其中，超帧指标模块主要产生指示超帧的信号（包括接收和发送方向），VAL和REQ是字节数据有效信号，Frame信号是数据超帧开始信号，CLK信号是超帧时钟。根据Utopia协议可以知道， Utopia接口每个字节数据都是由一个时钟周期来传送的，所以传送一个信元可以用53个时钟周期。在发送方向和接收方向的同步时钟信号都是由ATM层发出的，可以把他们看成是异步时钟。从Utopia接口进入芯片的数据首先通过地址译码，选择发送的端口地址，然后由发送控制器控制从Utopia接口来的数据，将它们存入发送缓冲，然后到信元速率接口控制器。信元速

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