日前，Qorvo 技術(shù)專家 Frank Zhu 參加了一場在線研討會，為大家?guī)砹诵乱淮芯€寬帶到來之后，給產(chǎn)業(yè)帶來的挑戰(zhàn)和解決方案的分享。而要談這個，就必須先談一下最新的有線電纜標(biāo)準(zhǔn) DOCSIS 4.0。

據(jù) Frank Zhu 介紹，所謂 DOCSIS 4.0, 就是一個能夠把寬帶運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)下行速度提升到 10Gbps 的標(biāo)準(zhǔn)。得益于一些和以前標(biāo)準(zhǔn)不一樣的設(shè)計，DOCSIS 4.0 讓寬帶運(yùn)營商獲得了前所未有的速度。而放大器將在這個應(yīng)用場景中扮演一個很重要的角色。為了說明這一點，F(xiàn)rank Zhu 首先介紹了放大器在過去多年的發(fā)展歷程。

從他的介紹我們得知，如上圖所示，在 1949 到 1960 年代初期間，放大器應(yīng)用支持二個到十三個信道。而為了實現(xiàn)這個目標(biāo)，行業(yè)最初也只是使用單端的放大器，這些放大器也僅能執(zhí)行功率放大的作用。

到了上世紀(jì)六十年代中之后，有線寬帶帶寬從之前的 200Mhz 增加到 300Mhz，這就催生了第一代的 push-all 架構(gòu)的放大器。這種架構(gòu)產(chǎn)品的好處是能夠消除二階的一些非線性，能讓 CSO 的指標(biāo)指標(biāo)有所提升；此外，這種級聯(lián)式的設(shè)計，給放大器帶來了更寬的增益帶寬和更高的輸出能力；這個架構(gòu)產(chǎn)品的另一個大的改進(jìn)，是它們建立了一種 SOT-115 的封裝，這讓客戶的設(shè)備生產(chǎn)商在制造設(shè)備的時候，有個即插即用的效果，也能更好的維修，幫助降低客戶的成本和維修費(fèi)用

到了 20 世紀(jì) 80 年代之后，寬帶的帶寬有了更進(jìn)一步的提升，這就促進(jìn)了第一代的基于硅技術(shù)的一個 PD 放大模塊的產(chǎn)生；

到了 90 年代末和新世紀(jì)初，帶寬從幾百兆升級到了 Ghz，于是就推動了 DOCSIS 1.0 的產(chǎn)生。隨著帶寬的提升，和傳輸速率提升的要求，DOCSIS 標(biāo)準(zhǔn)也在提升。而放大器也從之前的硅基放大模塊，轉(zhuǎn)換到了砷化鎵放大模塊和砷化鎵的 MMIC，后者也逐漸成為了業(yè)界的主流。

而從 2009 到現(xiàn)在，業(yè)界使用的主流標(biāo)準(zhǔn)是 DOCSIS 3.1，帶寬需求也提升到了 1.2Ghz 甚至 1.8Ghz。在這種前提下，RFM 在 2009 年設(shè)計出了一塊用 GaN 技術(shù)制造的功率放大器模塊。

在介紹了功率放大器的一些歷史背景后，F(xiàn)rank Zhu 接著介紹了功率放大器技術(shù)的演進(jìn)。如下圖所示，我們可以看到，在過去幾年，放大器的制造材料從 Si、演進(jìn)到了 GaAs，再到現(xiàn)在的 GaN 方，這些改進(jìn)的目標(biāo)都是為了滿足高帶寬的需求?！癎aN 會成為主流，因為他們能提供更高速率的輸出，更好的穩(wěn)定性和溫度范圍等等。”Frank Zhu 補(bǔ)充說。

在談 DOCSIS 4.0 時，F(xiàn)rank Zhu 強(qiáng)調(diào)，新標(biāo)準(zhǔn)最主要的改進(jìn)是給運(yùn)營商提供一個更高的、可用的數(shù)據(jù)帶寬。同時給用戶提供更高的上下行速率。要實現(xiàn)這個目標(biāo)，就需要兩個重要的關(guān)鍵技術(shù)：一個叫做 ESD，也就是把原來的帶寬進(jìn)行擴(kuò)充（從 1.2Ghz 擴(kuò)展到 1.8Ghz）；另一個技術(shù)叫 FDS（全雙工），把上行帶寬從 300Mhz 擴(kuò)充到 700Mhz，也能把上行和下行帶寬進(jìn)行復(fù)用，進(jìn)一步把上下行速度提升。

從整個架構(gòu)來說，DOCSIS 4.0 對于運(yùn)營商來說需要升級或者布網(wǎng)，這相對而言也比較流暢。為此海外運(yùn)營商把目光投在帶寬的擴(kuò)充上面。

為了深入說明不同帶寬和標(biāo)準(zhǔn)帶來的設(shè)計要求，F(xiàn)rank Zhu 還介紹了不同帶寬下的不同架構(gòu)。

從他的介紹我們得知，在 1Ghz 的時候，業(yè)界使用的是 HFC 架構(gòu)，在這個架構(gòu)下可以支持 6Gbps 的下行速率和 0.4Gbps 的上行速率。而大部分運(yùn)營商會采取這種分布式的布網(wǎng)架構(gòu)，因為這種布網(wǎng)成本比較低，且靈活性比較高；

到了 1.2Ghz 時代，出現(xiàn)了 Fiber Deep N+0 架構(gòu)。Frank Zhu 指出，這個時代的一個顯著特征就是光進(jìn)銅退，其實就是將（XX）技術(shù)加入到布網(wǎng)以后，我們可以把光纖技術(shù)從頭端向用戶端移。這樣做的好處就是用光纖的傳輸代替銅軸傳輸，這就降低了傳輸損耗，提升了傳輸速度。

而到了 DOCSIS 4.0 時代，下行速度從過往的 1.2Ghz 時代的 8Gbps 左右提升到現(xiàn)在的 10Gbps，上行速度率也可以做到 5.2Gbps，這就給終端用戶帶來更多的應(yīng)用可能。從上圖可以看到，這個時代的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是采用 N+X 的架構(gòu)，這樣做的主要考慮就是想先把帶寬擴(kuò)充，同時還可以控制升級成本。

Frank Zhu 表示，毫無疑問，DOCSIS 4.0 對信號的傳輸帶寬提出了更高要求，這主要體現(xiàn)在射頻放大模塊的兩個方面：一方面是 TCP，帶寬的增高，對功率必然提出一個更高的要求，隨之而來的是需要更高的效率去保證他散熱；另一方面，隨著輸出功率的提高，對器件的線性度也提出了更高的要求。這就驅(qū)使放大器的制造材料從 GaAs 升級為 GaN。

“除此之外，我們還需要用其他的技術(shù)來改善放大器的工作，DPD 就是其中的一個。它主要的作用是讓射頻放大器工作在一個相對的非線性的狀態(tài)，同時還可以通過 DPD 的校正，進(jìn)行一定的補(bǔ)償，這樣就可以提升功放的效率，對散熱是一個不錯的幫助?！盕rank Zhu 接著說。

他指出，GaN 器件的出現(xiàn)，讓產(chǎn)品可以工作在較高電壓（大約 50V），且對器件的穩(wěn)定性有了大幅度的提升。此外，由于 TCP 的提高，對放大器的散熱提出了更高的要求，因此放大器內(nèi)部對 die 的承受功率，也提出了更高的要求，而 SOT-115 封裝，在這方面也有優(yōu)勢。

從下圖，我們看到了新標(biāo)準(zhǔn)帶來的變化，而 Qorvo 也做好了準(zhǔn)備。功率倍增的放大模塊則是我們推出的極具競爭力的產(chǎn)品，當(dāng)中包括 QPA3310 和 QPA3315。

如下圖所示，QPA3310 支持 24V 的設(shè)計，而 QPA3315 支持 34V 的設(shè)計，兩者也支持到 1.8Ghz 的帶寬，也擁有同樣的封裝。但如圖所示，在電流和功耗也有所不同。這就給客戶提供了高輸出高功耗和功率小功耗低不同的兩種選擇。

提到放大器模塊的輸出，必須要談到放大模塊的信道配置。因為新標(biāo)準(zhǔn)的帶寬從以前的 1.2Ghz 提升到如 1.8Ghz，這就帶來了完全不同的信道配置要求。我們將做一個比較詳細(xì)的解析。

如上圖所示，我們提供了三張不同信道配置的圖，覆蓋了從 111Mhz 到 1.8Ghz 的信道配置，這主要是為了體現(xiàn)在不同帶寬的情況下，如果使用相同的配置，有可能讓功放難以滿足相關(guān)需求。為此我們需要考慮在保證 TCP 的前提下，如何配置我們帶寬內(nèi)的信道。

從下圖，我們也可以看到 TCP 對整個方案或放大器設(shè)計的影響.

從下圖實測數(shù)據(jù)，我們也能夠看到 QPA3310 和 QPA3315 兩者在實際測試中的表現(xiàn)差異。

如上圖所示，QPA3310 的 S 參數(shù)。而下圖則展示了 QPA3310 的功率跟線性的關(guān)系。其中圖左是 TCP 跟 MER 的關(guān)系，圖右則是最高信道功率跟 MER 的關(guān)系。

下圖則是 QPA 3315 的功率和線性度的關(guān)系。與 QPA 3310 相比，QPA 3315 的輸出功率明顯更大。

而從下圖，我們可以看到 QPA 3315 基于 Zig Zag 信道配置所做的 TCP 跟 MER、BER 的對比。

如下圖，我們對前文談到的線性和功率做了一個總結(jié)，可以看到 QPA 3310 和 QPA 3315 在不同信道模式的配置下，輸出效率有所不同。也可以給讀者提供一個更好的參考。

除了這兩個放大模塊，Qorvo 在這個領(lǐng)域還提供了包括小功率放大器和控制器件在內(nèi)的多種面向 DOCSIS 4.0 的器件。如下圖所示，這是一個典型的光節(jié)點的基本架構(gòu)圖。從這可以看到完整的射頻鏈路，當(dāng)中用到各種各樣的器件，當(dāng)中 Qorvo 能提供不少能滿足 DOCSIS 4.0 的方案，解決客戶的設(shè)計問題。

例如，Qorvo 提供了能實現(xiàn)和增益放大模塊一樣功能的 MCM 模塊，給客戶提供了更多的選擇。

下圖是我們能提供的大功率增益放大器，可以滿足 DOCSIS 4.0 需求的多款器件。Qorvo 目前還在規(guī)劃更多產(chǎn)品，力求給開發(fā)者提供更多的幫助。

除了大功率的放大器外，Qorvo 還提供小功率的放大器，可以應(yīng)用到類似上行電路等相關(guān)場景中。從下圖可以看到，針對不同的功率需求，Qorvo 開發(fā)了一系列的產(chǎn)品，以供客戶選擇。

下圖則是 Qorvo 針對這個市場提供的一些單端放大器。

除了放大器外，Qorvo 還能提供一些控制模塊。