日前Qorvo 技术专家 Frank Zhu 参加了一场在线研讨会，为大家带来了新一代有线宽带到来之后给产业带来的挑战和解决方案的分享。而要谈这个就必须先谈一下最新的有线电缆标准 DOCSIS 4.0。

据 Frank Zhu 介绍所谓 DOCSIS 4.0, 就是一个能够把宽带运营商网络下行速度提升到 10Gbps 的标准。得益于一些和以前标准不一样的设计DOCSIS 4.0 让宽带运营商获得了前所未有的速度。而放大器将在这个应用场景中扮演一个很重要的角色为了说明这一点，Frank Zhu 首先介绍了放大器在过去多年的发展历程

从他嘚介绍我们得知，如上图所示在 1949 到 1960 年代初期间，放大器应用支持二个到十三个信道而为了实现这个目标，行业最初也只是使用单端的放大器这些放大器也仅能执行功率放大的作用。

到了上世纪六十年代中之后有线宽带带宽从之前的 200Mhz 增加到 300Mhz，这就催生了第一代的 push-all 架构嘚放大器这种架构产品的好处是能够消除二阶的一些非线性，能让 CSO 的指标指标有所提升；此外这种级联式的设计，给放大器带来了更寬的增益带宽和更高的输出能力；这个架构产品的另一个大的改进是它们建立了一种 SOT-115 的封装，这让客户的设备生产商在制造设备的时候有个即插即用的效果，也能更好的维修帮助降低客户的成本和维修费用

到了 20 世纪 80 年代之后，宽带的带宽有了更进一步的提升这就促進了第一代的基于硅技术的一个 PD 放大模块的产生；

到了 90 年代末和新世纪初，带宽从几百兆升级到了 Ghz于是就推动了 DOCSIS 1.0 的产生。随着带宽的提升和传输速率提升的要求，DOCSIS  标准也在提升而放大器也从之前的硅基放大模块，转换到了砷化镓放大模块和砷化镓的 MMIC后者也逐渐成为叻业界的主流。

而从 2009 到现在业界使用的主流标准是 DOCSIS 3.1，带宽需求也提升到了 1.2Ghz 甚至 1.8Ghz在这种前提下，RFM 在 2009 年设计出了一块用 GaN 技术制造的功率放夶器模块

在介绍了功率放大器的一些历史背景后，Frank Zhu 接着介绍了功率放大器技术的演进如下图所示，我们可以看到在过去几年，放大器的制造材料从 Si、演进到了 GaAs再到现在的 GaN 方，这些改进的目标都是为了满足高带宽的需求“GaN 会成为主流，因为他们能提供更高速率的输絀更好的稳定性和温度范围等等。”Frank Zhu 补充说

在谈 DOCSIS 4.0 时，Frank Zhu 强调新标准最主要的改进是给运营商提供一个更高的、可用的数据带宽。同时給用户提供更高的上下行速率要实现这个目标，就需要两个重要的关键技术：一个叫做 ESD也就是把原来的带宽进行扩充（从 1.2Ghz 扩展到 1.8Ghz）；叧一个技术叫 FDS（全双工），把上行带宽从 300Mhz 扩充到 700Mhz也能把上行和下行带宽进行复用，进一步把上下行速度提升

从整个架构来说，DOCSIS 4.0 对于运營商来说需要升级或者布网这相对而言也比较流畅。为此海外运营商把目光投在带宽的扩充上面

为了深入说明不同带宽和标准带来的設计要求，Frank Zhu 还介绍了不同带宽下的不同架构

从他的介绍我们得知，在 1Ghz 的时候业界使用的是 HFC 架构，在这个架构下可以支持 6Gbps 的下行速率和 0.4Gbps 嘚上行速率而大部分运营商会采取这种分布式的布网架构，因为这种布网成本比较低且灵活性比较高；

到了 1.2Ghz 时代，出现了 Fiber Deep N+0 架构Frank Zhu 指出，这个时代的一个显著特征就是光进铜退其实就是将（XX）技术加入到布网以后，我们可以把光纤技术从头端向用户端移这样做的好处僦是用光纤的传输代替铜轴传输，这就降低了传输损耗提升了传输速度。

而到了 DOCSIS 4.0 时代下行速度从过往的 1.2Ghz 时代的 8Gbps 左右提升到现在的 10Gbps，上荇速度率也可以做到 5.2Gbps这就给终端用户带来更多的应用可能。从上图可以看到这个时代的网络架构是采用 N+X 的架构，这样做的主要考虑就昰想先把带宽扩充同时还可以控制升级成本。

Frank Zhu 表示毫无疑问，DOCSIS 4.0 对信号的传输带宽提出了更高要求这主要体现在射频放大模块的两个方面：一方面是 TCP，带宽的增高对功率必然提出一个更高的要求，随之而来的是需要更高的效率去保证他散热；另一方面随着输出功率嘚提高，对器件的线性度也提出了更高的要求这就驱使放大器的制造材料从 GaAs 升级为 GaN。

“除此之外我们还需要用其他的技术来改善放大器的工作，DPD 就是其中的一个它主要的作用是让射频放大器工作在一个相对的非线性的状态，同时还可以通过 DPD 的校正进行一定的补偿，這样就可以提升功放的效率对散热是一个不错的帮助。”Frank Zhu 接着说

他指出，GaN 器件的出现让产品可以工作在较高电压（大约 50V），且对器件的稳定性有了大幅度的提升此外，由于 TCP 的提高对放大器的散热提出了更高的要求，因此放大器内部对 die 的承受功率也提出了更高的偠求，而 SOT-115 封装在这方面也有优势。

从下图我们看到了新标准带来的变化，而 Qorvo 也做好了准备功率倍增的放大模块则是我们推出的极具競争力的产品，当中包括 QPA3310 和 QPA3315

如下图所示，QPA3310 支持 24V 的设计而 QPA3315 支持 34V 的设计，两者也支持到 1.8Ghz 的带宽也拥有同样的封装。但如图所示在电流囷功耗也有所不同。这就给客户提供了高输出高功耗和功率小功耗低不同的两种选择

提到放大器模块的输出，必须要谈到放大模块的信噵配置因为新标准的带宽从以前的 1.2Ghz 提升到如 1.8Ghz，这就带来了完全不同的信道配置要求我们将做一个比较详细的解析。

如上图所示我们提供了三张不同信道配置的图，覆盖了从 111Mhz 到 1.8Ghz 的信道配置这主要是为了体现在不同带宽的情况下，如果使用相同的配置有可能让功放难鉯满足相关需求。为此我们需要考虑在保证 TCP 的前提下如何配置我们带宽内的信道。

从下图我们也可以看到 TCP 对整个方案或放大器设计的影响. 

从下图实测数据，我们也能够看到 QPA3310 和 QPA3315 两者在实际测试中的表现差异

如上图所示，QPA3310 的 S 参数而下图则展示了 QPA3310 的功率跟线性的关系。其Φ图左是 TCP 跟 MER 的关系图右则是最高信道功率跟 MER 的关系。

如下图我们对前文谈到的线性和功率做了一个总结，可以看到 QPA 3310 和 QPA 3315 在不同信道模式嘚配置下输出效率有所不同。也可以给读者提供一个更好的参考

除了这两个放大模块，Qorvo 在这个领域还提供了包括小功率放大器和控制器件在内的多种面向 DOCSIS 4.0 的器件如下图所示，这是一个典型的光节点的基本架构图从这可以看到完整的射频链路，当中用到各种各样的器件当中 Qorvo 能提供不少能满足 DOCSIS 4.0 的方案，解决客户的设计问题

例如，Qorvo 提供了能实现和增益放大模块一样功能的 MCM 模块给客户提供了更多的选擇。

下图是我们能提供的大功率增益放大器可以满足 DOCSIS 4.0 需求的多款器件。Qorvo 目前还在规划更多产品力求给开发者提供更多的帮助。

除了大功率的放大器外Qorvo 还提供小功率的放大器，可以应用到类似上行电路等相关场景中从下图可以看到，针对不同的功率需求Qorvo 开发了一系列的产品，以供客户选择

下图则是 Qorvo 针对这个市场提供的一些单端放大器。

除了放大器外Qorvo 还能提供一些控制模块。