【導讀】未來的娛樂系統(tǒng)和居家辦公環(huán)境正在迅速向更多雙向互動的模式發(fā)展，這要求提高下行帶寬和上行容量。為了在不斷發(fā)展的有線電視業(yè)務 (CATV) 中保持競爭優(yōu)勢，需要采用創(chuàng)新技術來滿足用戶需求。基于氮化鎵 (GaN) 技術的 CATV 放大器在這一發(fā)展過程中發(fā)揮著重要作用。本博文就如何做到這一點提供了一些見解。以下內容摘自 Qorvo 白皮書“如何通過提高效率來提高 CATV 放大器的下行帶寬和上行容量”。
滿足更高的上行帶寬需求
在美國，混合光纖同軸 (HFC) 網絡上行流量的典型頻率分配范圍為 5 MHz 至 42 MHz。用戶活動和新的用例推動對容量的需求不斷增加。為此，一些多系統(tǒng)運營商 (MSO) 在可用帶寬內設置中分或高分，通過減少下行帶寬并可能縮減內容或服務，從而滿足這類需求。
為了應對這項挑戰(zhàn)，MSO 開始探索 DOCSIS 3.1 或 DOCSIS 4.0 規(guī)范提供的方案。DOCSIS 3.1 中的上行容量可擴展至高達 204 MHz，而 DOCSIS 4.0 支持在全雙工 (FDX) 和擴展頻譜 DOCSIS (ESD) 中將上行容量提高至高達 684 MHz。圖 1 顯示了全雙工 (FDX) 如何使上行和下行流量共享 684 MHz 頻率范圍。
圖 1.面向上行 (US) 和下行 (DS) 的 DOCSIS 4.0 FDX 頻譜
保持線性度
隨著網絡升級，有線電視帶寬也不斷擴展，這一趨勢促使工程師和系統(tǒng)架構師探索新的技術，同時需要新一代的無源和有源產品。為了滿足不斷增加的帶寬和數(shù)據速率需求，
CATV 放大器必須保持更高的線性輸出功率。
氮化鎵 (GaN) 器件可以提供超過必需的效率和性能，能夠滿足 DOCSIS 對 CATV 放大器的要求。在 HFC 網絡中，要實現(xiàn)可靠的數(shù)據傳輸和信號完整性，一致的線性度是首要要求。有源功率器件的非線性行為會降低信號質量，從而導致數(shù)字信道出現(xiàn)誤碼，而且有時在嘗試解調信號時會徹底失敗。
增益單元或放大器的線性度主要取決于以下因素：
● 半導體技術
● 電路設計
● 功耗
● 散熱設計
在設計 HFC 放大器時，保持較高的線性度和效率至關重要，而在這個方面，基于 GaN 的組件具有明顯的優(yōu)勢。圖 2 所示為 CATV 放大器的基本組件。在線性輸出方面，HFC 放大器或節(jié)點的下行性能在很大程度上依賴于輸出級增益單元（亦稱“功率倍頻器”）。
什么是 DOCSIS？
有線電纜數(shù)據服務接口規(guī)范 (DOCSIS) 是一種國際電信標準，它允許將高帶寬數(shù)據傳輸整合到現(xiàn)有有線電視 (CATV) 系統(tǒng)中。很多有線電視運營商使用這種標準來通過現(xiàn)有的混合光纖同軸 (HFC) 基礎設施提供互聯(lián)網接入。版本號有時只采用“D”為前綴，而不是“DOCSIS”（例如：D3 即為 DOCSIS 3）。
圖 2.CATV 放大器框圖
GaN代表功率放大器設計的一項支持技術，能夠滿足 DOCSIS 3.1 和 DOCSIS 4.0 標準的要求。圖 3 展示了最初使用 GaAs 場效應晶體管 (FET) 實現(xiàn)增益單元架構的設計階段。使用基于 GaN 的元件代替 FET3 和 FET4 可顯著提高性能，因為這些器件具有高頻運行、高電壓耐用性、高電流密度和功率處理等特性。與 GaAs 的 1 W/mm 相比，GaN 最高支持 10 W/mm。
圖 3.通過使用基于 GaN 的 FET 改進增益單元架構
圖4 通過比較有線電視增益單元架構所用材料技術的相對特性，展示了 GaN 技術的優(yōu)勢，這項技術既使 MSO 能夠保持現(xiàn)有的放大器間距，同時又可提高線性輸出。這可很大程度地降低升級成本，并實現(xiàn)光纖深度解決方案，在減少或消除放大器的同時，將光纖置于離客戶更近的地方，以提供更優(yōu)質的服務。
圖 4.與其他方案相比，基于 GaN 的元件特性
Qorvo 在有線電視增益單元領域的專業(yè)知識
Qorvo公司有兩款產品都是該領域不錯的設計之選：
● QPA3260 功率倍增器混合器件 – 可提供高達 1.2 Ghz 的高線性輸出
● QPA3315 功率倍增器混合器件 – 可在需要高達 1.8 GHz 容量的設計中支持 DOCSIS 4.0 實現(xiàn)
DOCSIS 3.1 和 DOCSIS4.0 標準對下行帶寬和上行容量提出了更高的要求，而 Qorvo 可幫助 MSO 利用基于 GaN 的有線電視信號放大增益單元來應對這項挑戰(zhàn)。有線電視設備制造商可依靠經過驗證的解決方案，這些解決方案使用可靠耐用的元件實現(xiàn)更好的數(shù)據傳輸。
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