对速度、容量、性能和可靠性的需求
随着视频、音乐、游戏和在线媒体内容消费的普及，人们需要更快电缆速度和更高容量的数据传输。这让北美有线电视运营商陷入困境，难以在不降低信号完整性和性能的情况下增强网络以满足这类需求。氮化镓 (GaN) 功率放大器技术应运而生，它具有市场所需的线性度、热特性和效率，可满足混合光纤同轴 (HFC) 的性能要求，并支持可靠的有线电视运营。
本文节选自 Qorvo 设计峰会系列网络研讨会，重点介绍了行业领域的重大改进，这些领域的进展将助力下一代技术发展。
深入了解
作为设计峰会系列的一部分，与 Qorvo 专家一起深入探讨这一主题。网络研讨会探讨了革新下一代技术的进展情况。
增益单元放大技术的发展
在过去的 25 年里，砷化镓 (GaAs)、GaN 混合体和单片微波集成电路 (MMIC) 等有线电视技术不断进步，扩展带宽并提高系统性能，以符合最新的有线电缆数据服务接口规范 (DOCSIS)。GaN 器件在效率、线性度和性能上都超出了必要的规范要求，确保在 HFC 网络中实现可靠的数据传输和信号完整性。
有线电视半导体技术的发展
采用 GaN 技术，增益单元性能提升，有线电视多系统运营商 (MSO) 可以提高线性功率输出。这带来了诸多益处，不仅可以降低升级成本，而且可以把光纤放在离客户更近的地方，以提供更优质的服务。此外，还可以减少或去除网络链中的放大器。
图 1 比较了有线电视增益单元结构中常用的材料技术的相关特性。可以明显看出，GaN 为 MSO 提供了多个关键的系统级优势。
图 1.与其它半导体技术相比，基于 GaN 的器件特性。
用 GaN 改善线性功率输出
随着从 DOCSIS 3.0、DOCSIS 3.1 发展到 DOCSIS 4.0（支持高达 1.8 Ghz 下游频谱的标准），有源功率器件的非线性行为让行业面临重大挑战。不一致的线性度会降低信号质量，在数字信道上产生误码，有时在解调信号时会导致整个设备故障。使用 GaN 有助于改善线性度下降的情况，有助于避免信号质量问题和设备故障。
Qorvo 在设计和制造有线电视放大器方面的专业知识可以追溯至行业早期。事实上，Qorvo 是第一家推出采用了碳化硅基氮化镓 (GaN-on-SiC) 的有线电视增益单元的公司。
GaN 以其优越的性能特点，推动有线电视应用从 GaAs 到 GaN 的大规模转变。GaN 所提供的更高输出水平、更高耐用性和优异的热性能是这一转变的关键催化剂。
随着有线电视带宽的不断扩展，工程师和系统架构师正在为网络升级寻找合适的技术。为了满足更高的带宽和数据速率需求，必须保持线性度。保持增益单元或放大器的线性度取决于四个因素：半导体技术、电路设计、功耗和散热设计/性能。GaN 在这些方面具有优势，提供的功率高达 10 W/mm，而典型的 GaAs 设计只有 1 W/mm（见图 2）。
线性输出功率方面的进步
图 2.GaAs、GaN 和 Si 技术的效率和复合输出功率比较。
结语
现在，MSO 在将其网络升级到新的 DOCSIS 标准时，有了满足容量需求的可靠选择。GaN 技术能提供更好的数据传输，具有符合严格设计限制的必要特性，而基于 GaN 的放大器为下一代设计提供了理想的构建模块。
来源：Qorvo半导体，原创：Bob Simmers
