【導讀】有線電視提供商在升級網絡時要把握好分寸。他們需要在不降低性能和可靠性的情況下，滿足客戶對容量的需求。很多提供商借助 GaN 技術來保持平衡，原因如下。
對速度、容量、性能和可靠性的需求
隨著視頻、音樂、游戲和在線媒體內容消費的普及，人們需要更快電纜速度和更高容量的數據傳輸。這讓北美有線電視運營商陷入困境，難以在不降低信號完整性和性能的情況下增強網絡以滿足這類需求。氮化鎵 (GaN) 功率放大器技術應運而生，它具有市場所需的線性度、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營。
本文節選自 Qorvo 設計峰會系列網絡研討會，重點介紹了行業領域的重大改進，這些領域的進展將助力下一代技術發展。
深入了解
作為設計峰會系列的一部分，與 Qorvo 專家一起深入探討這一主題。網絡研討會探討了革新下一代技術的進展情況。
增益單元放大技術的發展
在過去的 25 年里，砷化鎵 (GaAs)、GaN 混合體和單片微波集成電路 (MMIC) 等有線電視技術不斷進步，擴展帶寬并提高系統性能，以符合最新的有線電纜數據服務接口規范 (DOCSIS)。GaN 器件在效率、線性度和性能上都超出了必要的規范要求，確保在 HFC 網絡中實現可靠的數據傳輸和信號完整性。
有線電視半導體技術的發展
采用 GaN 技術，增益單元性能提升，有線電視多系統運營商 (MSO) 可以提高線性功率輸出。這帶來了諸多益處，不僅可以降低升級成本，而且可以把光纖放在離客戶更近的地方，以提供更優質的服務。此外，還可以減少或去除網絡鏈中的放大器。
圖 1 比較了有線電視增益單元結構中常用的材料技術的相關特性。可以明顯看出，GaN 為 MSO 提供了多個關鍵的系統級優勢。
圖 1.與其它半導體技術相比，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 發展到 DOCSIS 4.0（支持高達 1.8 Ghz 下游頻譜的標準），有源功率器件的非線性行為讓行業面臨重大挑戰。不一致的線性度會降低信號質量，在數字信道上產生誤碼，有時在解調信號時會導致整個設備故障。使用 GaN 有助于改善線性度下降的情況，有助于避免信號質量問題和設備故障。
Qorvo 在設計和制造有線電視放大器方面的專業知識可以追溯至行業早期。事實上，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 以其優越的性能特點，推動有線電視應用從 GaAs 到 GaN 的大規模轉變。GaN 所提供的更高輸出水平、更高耐用性和優異的熱性能是這一轉變的關鍵催化劑。
隨著有線電視帶寬的不斷擴展，工程師和系統架構師正在為網絡升級尋找合適的技術。為了滿足更高的帶寬和數據速率需求，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因素：半導體技術、電路設計、功耗和散熱設計/性能。GaN 在這些方面具有優勢，提供的功率高達 10 W/mm，而典型的 GaAs 設計只有 1 W/mm（見圖 2）。
線性輸出功率方面的進步
圖 2.GaAs、GaN 和 Si 技術的效率和復合輸出功率比較。
結語
現在，MSO 在將其網絡升級到新的 DOCSIS 標準時，有了滿足容量需求的可靠選擇。GaN 技術能提供更好的數據傳輸，具有符合嚴格設計限制的必要特性，而基于 GaN 的放大器為下一代設計提供了理想的構建模塊。
來源：Qorvo半導體，原創：Bob Simmers
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