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(wù) (CATV) 中保持競爭優(yōu)勢，需要采用創(chuàng)新技術(shù)來滿足用戶需求。基于氮化鎵 (GaN) 技術(shù)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(nèi)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(wǎng)絡(luò)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(nèi)設(shè)置中分或高分，通過減少下行帶寬并可能縮減內(nèi)容或服務(wù)，從而滿足這類需求。

為了應(yīng)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(dá) 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(dá) 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。

深入了解

下載白皮書

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(wǎng)絡(luò)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(gòu)師探索新的技術(shù)，同時需要新一代的無源和有源產(chǎn)品。為了滿足不斷增加的帶寬和數(shù)據(jù)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(wǎng)絡(luò)中，要實現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)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(zhì)量，從而導(dǎo)致數(shù)字信道出現(xiàn)誤碼，而且有時在嘗試解調(diào)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(dǎo)體技術(shù)

電路設(shè)計

功耗

散熱設(shè)計

在設(shè)計 HFC 放大器時，保持較高的線性度和效率至關(guān)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(jù)服務(wù)接口規(guī)范 (DOCSIS) 是一種國際電信標(biāo)準(zhǔn)，它允許將高帶寬數(shù)據(jù)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(biāo)準(zhǔn)來通過現(xiàn)有的混合光纖同軸 (HFC) 基礎(chǔ)設(shè)施提供互聯(lián)網(wǎng)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(shè)計的一項支持技術(shù)，能夠滿足 DOCSIS 3.1 和 DOCSIS 4.0 標(biāo)準(zhǔn)的要求。圖 3 展示了最初使用 GaAs 場效應(yīng)晶體管 (FET) 實現(xiàn)增益單元架構(gòu)的設(shè)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(gòu)

圖4 通過比較有線電視增益單元架構(gòu)所用材料技術(shù)的相對特性，展示了 GaN 技術(shù)的優(yōu)勢，這項技術(shù)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(zhì)的服務(wù)。

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(lǐng)域的專業(yè)知識

審核編輯黃昊宇