CC BY
53Компоненты и технологии, № 6'2004
В мир xDSL - с STMicroelectronics
Часть 2. Станционная часть xDSL
В первой части статьи рассказывалось о чипсетах и готовых решениях абонентской части АРБ!. от БТМкгое!есГгошс5 — об ДРБЬ-модемах. Понятно, что нужна и ответная часть — станционная. Если к абоненту в квартиру идет всего одна линия, то на телефонную станцию их приходит сотни, поэтому есть тенденция к увеличению канальности РМТ-чипа. К чему это приводит — объяснять не надо: уменьшение размеров платы, уменьшение удельной стоимости линии, уменьшение энергопотребления. Все это позволяет сэкономить средства и быть более конкурентоспособным на рынке.
Игорь Лепихин
igorl@gamma.spb.ru
Начнем с основного чипсета, представляемого STMicroelectronics — COPPERWING.
Если вспомнить организацию ADSL-модема (микросхема модема, аналоговый интерфейс и драйвер линии), то здесь STMicroelectronics продолжает тенденцию использования отдельных микросхем. Идея состоит в том, чтобы унифицировать аналоговые интерфейсы с последующими разработками, например с PeakSHDSL, речь о котором пойдет ниже. Обратимся к истории чипсетов ОТ ADSL. В 1999 году STMicroelectronics выпустила одноканальный чипсет, который представлял собой фактически обычный ADSL-модем, только устанавливаемый на станционной стороне. Состоял он из DMT-модема, аналогового интерфейса и двух драйверов: приемного и передающего. Этот чипсет имел ряд недостатков. Во-первых, одноканальное решение сильно ограничивало его применение в станционной части из-за громоздкости получаемого решения, где каналов насчитываются сотни. Во-вторых, по энергопотреблению такая схема оставляла желать лучшего. Наконец, несовершенная технология того времени делала чип большим и не давала возможности поддерживать большое количество стандартов. Следующим шагом, который и является основным сейчас, стало производство восьмиканального чипа модема, легшего в основу чипсета COPPERWING. Здесь число каналов в DMT-модеме увеличилось до 8, число каналов аналогового интерфейса увеличилось до 4, а драйвера линии так и остались одноканальными. Оно и правильно, потому что в качестве драйверов линии используются обычные операционные усилители, но с расширенным частотным диапазоном, таким образом, их можно использовать не только в качестве драйверов ADSL-линий, но и, например, в качестве широкополосных усилителей. Наконец, в разработке у STMicroelectronics находится 12-канальный DMT-чип, который уже вызывает ажиотаж среди европейских производителей ADSL-оборудования. Этот чип позволит еще больше сэкономить место
116
на плате, уменьшить энергопотребление, а новая технология позволит еще и уменьшить стоимость микросхемы. Теперь более подробно о чипсете, который сейчас используется — о чипсете COPPER-WING8, то есть 8-канальном DMT-чипе ADSL, имеющем название STLC60845.
В российских сетях наиболее употребим стандарт ADSL Annex A. Если же речь идет о гибкости устройства, о его применимости вне российских сетей, то лучше, если бы «ядро» такой системы было масштабируемым и могло поддерживать и другие приложения ADSL. Вот таким чипсетом и является COPPERWING8. Его технические характеристики:
• Поддержка до 8 портов на одном чипе.
• Чип поддерживает несколько стандартов ADSL: ITU-T G.992.1 (G.dmt) Annex A, B, C и ITU-T G.992.2 (G.lite), ANSI T1.413 Issue 2 и ETSI TS101 388.
• Поддерживает скорости: до 12 Мбит/с входящего потока и до 2 Мбит/с исходящего.
• Длина линии может составлять до 6,5 км.
• Функциональность второй категории: кодирование несущей и эхоподавление.
• Гибкие возможности для изменения конфигурации: поддержка ADSL over POTS, ADSL over ISDN и симметричные каналы (увеличение скорости исходящего потока).
• Нормальный и пониженный режим фрейминга.
• Поддерживает 1-битовую констелляцию.
• Интерфейсы: ATM (UTOPIA Level 1, Level 2) и STM (последовательные интерфейсы).
• Поддержка ATM-ячеек двойной длины.
• Поддерживает параллельное использование интерфейсов ATM и STM в двойном режиме (быстрый и ускоренный).
• Поддерживает режим внутридиапазонного управления через интерфейс UTOPIA.
• Поддерживает загрузку по интерфейсу UTOPIA.
• Параллельный интерфейс с процессором или последовательный интерфейс для беспроцессорных карт. Полный программный стек протоколов/API.
• Потребляемая мощность 125 мВт/канал.
-------www.finestreet.ru-------------------------
Компоненты и технологии, № 6'2004
I
HOST l/F
USER
l/F
ACU
DMT
MODEM X 8
AFE
l/F
PLL
17,004 МГц или 35,328 МГц
Рис. 1. Структурная схема STLC60845
Тх1
Rxl
Тх2
Rx3
ТхЗ
Rx3
Тх4
Rx5
• Интерфейс JTAG.
• Температурный диапазон: -40... +85 °С.
Итак, как видно, возможностей у данного
чипсета предостаточно. Он может работать практически с любым типом линий и поддерживать огромное количество стандартов. Структурная схема STLC60845 (рис. 1) еще раз доказывает, что все гениальное — просто.
Здесь есть три интерфейсных блока, PLL, ACU и DMT. Теперь обо всем по порядку.
Интерфейсные блоки содержат интерфейс пользователя, предназначенный для загрузки данных, которые будут переданы по ADSL-каналу. К этим интерфейсам и относятся UTOPIA и последовательный STM-интерфейс. Возможен выбор одного из них либо комбинация одного и другого. Хост-интерфейс служит для сопряжения микросхемы с внешним управляющим процессором. Здесь также доступно несколько вариантов шины: параллельная (обычный порт ввода-вывода) либо последовательная (при которой STLC60845 подключается к последовательному порту микроконтроллера). Этот режим обеспечивает возможность проектирования бесконтроллерной карты. Наконец, AFE-интерфейс служит для прямого подключения к аналоговому препроцессору (который входит в чипсет COPPERWING). Этот интерфейс содержит последовательный канал управления, а также параллельный интерфейс ЦАП/АЦП. Микросхема также имеет 8-разрядный порт ввода-вывода, который построен в не совсем обычной манере. Каждая линейка порта представляет собой последовательную линию одного из модемов, по которой подаются API-команды, когда модем не находится в состоянии RESET. Каждая линия может быть установлена либо в режим записи, либо в режим чтения, а также может быть индивидуально прочтена или записана.
О назначении PLL особо много рассказывать нет смысла. Его назначение — умножение частоты. Наибольший интерес представляет ядро, которое состоит из двух частей: DMT и ACU. ACU (ADSL Channel Unit) — это, собственно говоря, набор интерфейсов для работы ADSL-каналов с внешним миром, и эти интерфейсы уже описывались вы---------------------www.finestreet.ru -
ше. DMT состоит из двух частей: частотной и временной. Частотный блок отвечает за все операции по обработке фреймов. Он осуществляет преобразование между амплитудно-фазо-модулированными сигналами в частотной области для каждой частоты и соответствующей серией временных кадров. Также в этом блоке осуществляется регулировка амплитудно-частотного баланса. Одной из основных и самых ресурсоемких процедур, которые осуществляет DMT, является прямое и обратное преобразование Фурье.
Временная часть DMT-блока осуществляет обработку кадров во временной области, а также балансировку по амплитуде во временной области, эхоподавление, интерполяцию и децимацию для интерфейса с AFE.
Каждый модем содержит встроенный DSP, который отвечает за установку модема и контролирует модем во время загрузки и работы. Все восемь DSP совершенно независимы, таким образом, работа или остановка одного модема никак не скажется на работе остальных. Более того, каждый DSP отвечает за статистику производительности по своему каналу, и при использовании гибкого DSP-софта предоставляет большие возможности по отладке и конфигурированию.
Теперь перейдем к описанию микросхемы аналогового препроцессора STLC60444, который также входит в состав чипсета COPPER-WING. Основным назначением этого препроцессора или аналогового интерфейса является преобразование данных из цифрового вида в аналоговый и обратно, поэтому в основе чипа лежит блок аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей (рис. 2). Вот некоторые характеристики этого чипа:
• Содержит четыре законченных полноскоростных ADSL-препроцессора.
• Содержит все активные цепи за исключением драйверов линии.
• Низкое энергопотребление при питании 3,3 В (200 мВт/порт G.lite и 235 мВт/порт G.dmt).
• Содержит встроенные аналоговые фильтры и 15-разрядные ЦАП и АЦП.
• Интерполяционная фильтрация для уменьшения скорости передающего канала.
• Промышленный температурный диапазон.
Как видно, микросхема имеет четыре блока преобразователей, общую шину, а также интерфейсные и управляющие устройства. Каждый преобразователь содержит аналогоцифровой преобразователь, цифро-аналоговый преобразователь, интерполяционные фильтры, а также программируемый усилитель мощности приемной стороны. Разрядность преобразователей составляет 15 бит, а скорость достигает 2 миллионов преобразований в секунду для обеспечения приемлемой скорости передачи. Динамический диапазон операционного усилителя составляет 40 дБ. Усилитель мощности является программируемым и управляется соответствующими регистрами микросхемы STLC60444. Блок преобразователей содержит также фильтры со следующими центральными частотами: 150 кГц (POTS), 300 кГц (ISDN), а также 600 кГц и 1200 кГц. Фильтры, как и все остальные устройства, тоже являются цифровыми и настраиваются соответствующими регистрами. Что касается интерфейсов, здесь все очень просто: это последовательный трехпроводной управляющий интерфейс и интерфейс прямого сопряжения с микросхемой STLC60845.
Стоит также упомянуть микросхему STLC60844, которую STMicroelectronics также предлагает использовать с чипсетом COP-PERWING. Она представляет собой не 4-, а 8-канальный аналоговый интерфейс для микросхемы STLC60845, и по функциональности полностью идентична STLC60444.
Наконец, последняя составляющая чипсета COPPERWING — это драйвер линии. Здесь предлагается к использованию несколько вариантов. Либо использовать стандартные одноканальные или двухканальные широкополосные усилители серии TS61x, либо использовать специальные изготовленные для ADSL-чипсета 8-канальные драйверы линий STLC60133, которые имеют полосу 140 МГц и плоскую часть характеристики шириной 30 МГц. Таким образом, при использовании микросхем STLC60845, STLC60844 и STLC60133 можно сделать 8-канальный станционный модем всего на трех микросхемах. Различные варианты решения COPPERWING показаны на рис. 3.
Компоненты и технологии, № ó'2004
FOR OCTAL/QUAD SOLUTION Host CPU
FOR FULL OCTAL SOLUTION
Host CPU
Host CPU
<4 ► COPPERWING COPPERWING
STLC60845 «—► STLCÓ0844
Octal ADSL
Transceiver Octal AFE
f STLC60133M Л Line Driver J •
•
J STLC60133N > Line Driver J
Рис. 3. Варианты решения COPPERWING
Наконец, то, без чего обычно не обходится ни один серьезный проект, — отладочное средство для набора микросхем. Существует специальный отладочный комплект, который имеет название COPPERWING EVALUATION MODULE. Состоит этот набор из трех компонентов. Основным компонентом является, конечно же, плата с чипсетом COPPERWING8 (8-канальным). Устанавливается вариант: STLC60845, две микросхемы STLC60444 и одна микросхема STLC6133. Все необходимые кнопки, соединители, кабели и т. д. прилагаются. Вторым компонентом, который входит в отладочный набор, является плата сопряжения с ПК. Эта плата служит для программирования и отладки чипсета COPPERWING с по-
мощью программы OMANA, которая является третьей составляющей отладочного набора.
Программное обеспечение OMANA может использоваться не только с отладочным набором COPPERWING, но и с ADSL-картой уже готового продукта. OMANA используется для управления и анализа чипсета COP-PERWING, включающего 8 независимых ADSL-модемов. Для ее использования отладочный набор или ADSL-карта подключается через ту самую плату сопряжения с ПК, которая у STMicroelectronics носит название FDC (Fast Debugger Card — карта быстрой отладки). Программа OMANA позволяет конфигурировать модемы от «А» до «Я», в том числе старт системы и загрузку моде-
мов, отображать статус и производительность системы, управлять системными функциями (пуск, останов модема; установление, разрыв соединения и пр.). Более того, в версии OMANA 3.0 (текущая поставляемая версия) появилась возможность подключать более одного чипсета COPPERWING, а это значит, что данное программное обеспечение можно использовать не только для отладки, но также и для конфигурирования и контроля производительности реальной станции с чипсетом COPPERWING.
В последнее время очень часто возникает вопрос о перспективах того или иного семейства микросхем. Чипсет COPPERWING постоянно развивается и, таким образом, имеет очень большие перспективы. В конце этого года в массовое производство пойдет чипсет COPPERWING12, который основан на новой микросхеме STLC61255. Эта микросхема практически ничем не отличается от микросхемы STLC60845, но содержит не 8, а 12 независимых ADSL-модемов. Наконец, также в конце года появится 12-канальный мульти-протокольный чип STLC61256, который помимо ADSL со всеми его дополнениями сможет работать также в перспективных стандартах ADSL2, ADSL2+, а также на симметричных линиях, работающих в стандарте SHDSL и LDSL.
Сделав сейчас ставку на чипсет COPPER-WING, производитель получает популярный и быстроразвивающийся набор микросхем на далекую перспективу, для которого «ГАММА Санкт-Петербург» и STMicroelectronics осуществляют беспрецедентную по масштабам техническую поддержку. В рамках поддержки бесплатно предоставляется полноценное схемотехническое решение с перечнем элементов. В состав отладочного набора входят библиотеки протоколов разных уровней. А если назвать стоимость одной линии при использовании чипсета COPPERWING, то конкурентам не останется ни единого шанса.
118
www.finestreet.ru
