有線電視提供商在升級(jí)網(wǎng)絡(luò)時(shí)要把握好分寸。他們需要在不降低性能和可靠性的情況下，滿足客戶對(duì)容量的需求。很多提供商借助 GaN 技術(shù)來(lái)保持平衡，原因如下。

對(duì)速度、容量、性能和可靠性的需求

隨著視頻、音樂(lè)、游戲和在線媒體內(nèi)容消費(fèi)的普及，人們需要更快電纜速度和更高容量的數(shù)據(jù)傳輸。這讓北美有線電視運(yùn)營(yíng)商陷入困境，難以在不降低信號(hào)完整性和性能的情況下增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)以滿足這類(lèi)需求。氮化鎵 （GaN） 功率放大器技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，它具有市場(chǎng)所需的線性度、熱特性和效率，可滿足混合光纖同軸 （HFC） 的性能要求，并支持可靠的有線電視運(yùn)營(yíng)。

本文節(jié)選自 Qorvo 設(shè)計(jì)峰會(huì)系列網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)，重點(diǎn)介紹了行業(yè)領(lǐng)域的重大改進(jìn)，這些領(lǐng)域的進(jìn)展將助力下一代技術(shù)發(fā)展。

作為設(shè)計(jì)峰會(huì)系列的一部分，與 Qorvo 專(zhuān)家一起深入探討這一主題。網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)探討了革新下一代技術(shù)的進(jìn)展情況。

增益單元放大技術(shù)的發(fā)展

在過(guò)去的 25 年里，砷化鎵 （GaAs）、GaN 混合體和單片微波集成電路 （MMIC） 等有線電視技術(shù)不斷進(jìn)步，擴(kuò)展帶寬并提高系統(tǒng)性能，以符合最新的有線電纜數(shù)據(jù)服務(wù)接口規(guī)范 （DOCSIS）。GaN 器件在效率、線性度和性能上都超出了必要的規(guī)范要求，確保在 HFC 網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)傳輸和信號(hào)完整性。

有線電視半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展

采用 GaN 技術(shù)，增益單元性能提升，有線電視多系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商 （MSO） 可以提高線性功率輸出。這帶來(lái)了諸多益處，不僅可以降低升級(jí)成本，而且可以把光纖放在離客戶更近的地方，以提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。此外，還可以減少或去除網(wǎng)絡(luò)鏈中的放大器。

圖 1 比較了有線電視增益單元結(jié)構(gòu)中常用的材料技術(shù)的相關(guān)特性?？梢悦黠@看出，GaN 為 MSO 提供了多個(gè)關(guān)鍵的系統(tǒng)級(jí)優(yōu)勢(shì)。

圖 1.與其它半導(dǎo)體技術(shù)相比，基于 GaN 的器件特性。

用 GaN 改善線性功率輸出

隨著從 DOCSIS 3.0、DOCSIS 3.1 發(fā)展到 DOCSIS 4.0（支持高達(dá) 1.8 Ghz 下游頻譜的標(biāo)準(zhǔn)），有源功率器件的非線性行為讓行業(yè)面臨重大挑戰(zhàn)。不一致的線性度會(huì)降低信號(hào)質(zhì)量，在數(shù)字信道上產(chǎn)生誤碼，有時(shí)在解調(diào)信號(hào)時(shí)會(huì)導(dǎo)致整個(gè)設(shè)備故障。使用 GaN 有助于改善線性度下降的情況，有助于避免信號(hào)質(zhì)量問(wèn)題和設(shè)備故障。

Qorvo 在設(shè)計(jì)和制造有線電視放大器方面的專(zhuān)業(yè)知識(shí)可以追溯至行業(yè)早期。事實(shí)上，Qorvo 是第一家推出采用了碳化硅基氮化鎵 （GaN-on-SiC） 的有線電視增益單元的公司。

GaN 以其優(yōu)越的性能特點(diǎn)，推動(dòng)有線電視應(yīng)用從 GaAs 到 GaN 的大規(guī)模轉(zhuǎn)變。GaN 所提供的更高輸出水平、更高耐用性和優(yōu)異的熱性能是這一轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵催化劑。

隨著有線電視帶寬的不斷擴(kuò)展，工程師和系統(tǒng)架構(gòu)師正在為網(wǎng)絡(luò)升級(jí)尋找合適的技術(shù)。為了滿足更高的帶寬和數(shù)據(jù)速率需求，必須保持線性度。保持增益單元或放大器的線性度取決于四個(gè)因素：半導(dǎo)體技術(shù)、電路設(shè)計(jì)、功耗和散熱設(shè)計(jì)/性能。GaN 在這些方面具有優(yōu)勢(shì)，提供的功率高達(dá) 10 W/mm，而典型的 GaAs 設(shè)計(jì)只有 1 W/mm（見(jiàn)圖 2）。

線性輸出功率方面的進(jìn)步

圖 2.GaAs、GaN 和 Si 技術(shù)的效率和復(fù)合輸出功率比較。

結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)在，MSO 在將其網(wǎng)絡(luò)升級(jí)到新的 DOCSIS 標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，有了滿足容量需求的可靠選擇。GaN 技術(shù)能提供更好的數(shù)據(jù)傳輸，具有符合嚴(yán)格設(shè)計(jì)限制的必要特性，而基于 GaN 的放大器為下一代設(shè)計(jì)提供了理想的構(gòu)建模塊。