符合DOCSIS 2.0规范的Maxim电缆上行放大器

摘要：本篇应用笔记介绍了MAX3514/MAX3516电缆上行放大器的测试性能。测试数据包括二次谐波、三次谐波、输出功率与频率的关系和ACPR。所有测试以DOCSIS 2.0规范为标准，结果显示放大器均符合规范中的规定。 摘要 对上行CATV放大器MAX3514/MAX3516的测试是依据DOCSIS 2.0 PHY规范进行的。测试结果表明这些IC均符合DOCSIS 2.0标准。 DOCSIS 2.0 DOCSIS (有线传输数据业务接口规范)是高速电缆数据传输系统的RF接口规范。 DOCSIS 2.0是DOCSIS规范的第三代标准。DOCSIS 2.0、DOCSIS 1.1和DOCSIS 1.0分别代表三种不同规范。 DOCSIS 2.0规范最初的目标是加强电缆接入系统DOCSIS 1.0和1.1规范对上行物理层性能的限制，定义了两种新的MAC (媒介接入控制)管理信息类，并对现有的MAC信息定义了一些新的参数编码。DOCSIS 2.0 CMTS (电缆调制解调器终端系统)在给定信道带宽下能够支持更高的上行信息吞吐量，并增强了上行通道所允许的噪声容差。DOCSIS 2.0 CMTS向下兼容于DOCSIS 1.0和DOCSIS 1.1。 MAX3514/MAX3516是为CATV上行数据传输设计的增益可调上行放大器系列产品，工作频率范围：5MHz至64MHz，可以驱动+64dBmV的QPSK (MAX3516)。由于输入端和输出端均为差分形式，输出端需要一个外部非平衡变压器。可变增益通过SPI 3线接口控制，提供大于56dB的动态范围(MAX3514/MAX3516)。增益控制步长为0.5dB (MAX3514/MAX3516)或1dB (MAX3510)。 测量 所有测试在室温下进行。 VCC = 5.0V PIN = -13dBm (50Ω系统+34dBmV下的信道功率) 输入信号: 使用20位PRBS的QPSK调制根余弦滤波器，α = 0.25 使用20位PRBS的16 QAM调制，根余弦滤波器， α = 0.25 使用20位PRBS的64 QAM调制， 根余弦滤波器， α = 0.25 高功率模式 输入ACPR为-66dBc 160kHz测量带宽(200kHz信道间距) 320kHz测量带宽(400kHz信道间距) 640kHz测量带宽(800kHz信道间距) 1280kHz测量带宽(1600kHz信道间距) 2560kHz测量带宽(3200kHz信道间距) 5120kHz测量带宽(6400kHz信道间距) 修正与单位换算 50Ω系统中，PIN/OUT (dBmV) = PIN/OUT (dBm) + 47dB 75Ω系统中，PIN/OUT (dBmV) = PIN/OUT (dBm) + 49dB MAX3514/MAX3516评估板输出端有7.5dB最小损耗衰减器，所以POUT (dBmV) = POUT (dBm) + 47dB + 7.5dB + 电缆损耗 测试设备清单 (典型的测试方案如图1所示) 能产生64 QAM信号的信号发生器(RODHE & SCHWARZ SMIQ 06B) 频谱分析仪(RODHE & SCHWARZ FSEB) 功率计(HP437B) 功率传感器(HP8482A) 电源(Agilent E3632A) 数字万用表(HPE3631A) 图1. 测试设备总体布局 测试结果 测试信号： 调制系数 = 64 QAM α = 0.25 调制信号中心 频率 = 22MHz码率：160ksps、320ksps 640ksps、1280ksps、2560ksps、 5120ksps 表1. MAX3514的二次谐波和三次谐波与输出功率及频率的关系(+54dBmV至+58dBmV) 22MHz (160ksps) Input (dBm) GCW Output (dBm) Output (dBmv) 2nd Harm (dBc) 3rd Harm (dBc) -13 108 6.8 53.8 -61.7 -60.0 -13 110 7.8 54.8 -61.8 -60.0 -13 112 8.8 55.8 -61.9 -59.8 -13 114 9.8 56.8 -62.1 -59.4 -13 116 10.8 57.8 -62.3 -59.0 22MHz (320ksps) Input (dBm) GCW Output (dBm) Output (dBmv) 2nd Harm (dBc) 3rd Harm (dBc) -13 108 6.9 53.9 -61.0 -59.8 -13 110 7.9 54.9 -61.3 -59.7 -13 112 8.9 55.9 -61.4 -59.5 -13 114 9.9 56.9 -61.6 -59.2 -13 116 10.9 57.9 -61.7 -58.8 22MHz (640ksps) Input (dBm) GCW Output(dBm) Output (dBmv) 2nd Harm (dBc) 3rd Harm (dBc) -13 108 6.8 53.8 -59.8 -58.6 -13 110 7.8 54.8 -60.0 -58.6 -13 112 8.8 55.8 -60.2 -58.7 -13 114 9.8 56.8 -60.4 -58.6 -13 116 10.8 57.8 -60.6 -58.8 22MHz (1280ksps) Input (dBm) GCW Output (dBm) Output (dBmv) 2nd Harm (dBc) 3rd Harm (dBc) -13 109 7.1 54.1 -58.4 -58.0 -13 111 8.1 55.1 -58.8 -58.1 -13 113 9.1 56.1 -59.1 -58.1 -13 115 10.1 57.1 -59.2 -57.7 -13 117 11.0 58.0 -59.4 -57.4 22MHz (2560ksps) Input (dBm) GCW Output (dBm) Output (dBmv) 2nd Harm (dBc) 3rd Harm (dBc) -13 109 7.0 54.0 -56.1 -56.5 -13 111 8.0 55.0 -56.3 -56.9 -13 113 9.0 56.0 -56.6 -57.2 -13 115 10.0 57.0 -57.0 -57.3 -13 117 11.0 58.0 -57.2 -56.7 22MHz (5120ksps) Input (dBm) GCW Output (dBm) Output (dBmv) 2nd Harm (dBc) 3rd Harm (dBc) -13 109 7.1 54.1 -53.5 -54.6 -13 111 8.1 55.1 -54.1 -55.0 -13 113 9.1 56.1 -54.6 -55.1 -13 115 10.1 57.1 -54.9 -55.1 -13 117 11.1 58.1 -55.4 -55.3 表2. DOCSIS 2.0规范对二次谐波和三次谐波的规定(57dBmV输出) Modulation Rate (ksps) 160 320 640 1280 2560 5120 2nd order harmonics DOCSIS 2.0 Spec. (dBc) -47 -50 -50 -50 -50 -50 3rd order harmonics DOCSIS 2.0 Spec. (dBc) -47 -50 -50 -50 -50 -50 图2. 图3. 表3. MAX3516的二次谐波与输出功率及频率的关系(+57dBmV至+61dBmV) 22MHz (160ksps) Input (dBm) GCW Output (dBm) Output (dBmv) 2nd Harm (dBc) 3rd Harm (dBc) -13 108 10.0 57.0 -66.0 -60.7 -13 110 11.0 58.8 -66.5 -60.7 -13 112 12.0 59.0 -67.0 -59.7 -13 114 13.0 60.0 -67.7 -58.4 -13 116 14.0 61.0 -68.5 -56.5 22MHz (320ksps) Input (dBm) GCW Output (dBm) Output (dBmv) 2nd Harm (dBc) 3rd Harm (dBc) -13 108 10.0 57.0 -64.8 -60.3 -13 110 11.0 58.0 -65.1 -60.0 -13 112 12.0 59.0 -65.6 -59.1 -13 114 13.0 60.0 -66.3 -58.0 -13 116 14.0 61.0 -67.0 -56.4 22MHz (640ksps) Input (dBm) GCW Output (dBm) Output (dBmv) 2nd Harm (dBc) 3rd Harm (dBc) -13 108 10.0 57.0 -63.1 -59.8 -13 108 11.0 58.0 -63.4 -59.8 -13 110 12.0 59.0 -63.7 -59.1 -13 112 13.0 60.0 -64.4 -58.4 -13 114 14.0 61.0 -65.0 -56.6 22MHz (1280ksps) Input (dBm) GCW Output (dBm) Output (dBmv) 2nd Harm (dBc) 3rd Harm (dBc) -13 108 10.0 57.0 -61.2 -59.1 -13 110 11.0 58.0 -61.3 -59.0 -13 112 12.0 59.0 -61.8 -58.5 -13 114 13.0 60.0 -62.2 -57.5 -13 116 14.0 61.0 -62.7 -56.0 22MHz (2560ksps) Input (dBm) GCW Output (dBm) Output (dBmv) 2nd Harm (dBc) 3rd Harm (dBc) -13 108 9.8 56.8 -58.0 -57.7 -13 110 10.8 57.8 -58.5 -57.7 -13 112 11.8 58.8 -59.0 -57.4 -13 114 12.8 59.8 -59.5 -56.7 -13 116 13.8 60.8 -59.8 -55.6 22MHz (5120ksps) Input (dBm) GCW Output (dBm) Output (dBmv) 2nd Harm (dBc) 3rd Harm (dBc) -13 108 9.8 56.8 -55.3 -55.7 -13 110 10.8 57.8 -55.7 -55.8 -13 112 11.8 58.8 -56.0 -55.8 -13 114 12.8 59.8 -56.3 -55.4 -13 116 13.8 60.8 -56.7 -54.6 表4. DOCSIS 2.0规范对二次谐波和三次谐波的规定(60dBmV输出) Modulation Rate (ksps) 160 320 640 1280 2560 5120 2nd order harmonics DOCSIS 2.0 Spec. (dBc) -47 -50 -50 -50 -50 -50 3rd order harmonics DOCSIS 2.0 Spec. (dBc) -47 -50 -50 -50 -50 -50 图4. 图5. 表5. MAX3514 ACPR与输出功率及频率的关系 39MHz (160ksps) Input (dBm) GCW Output (dBm) Output (dBmv) ACPR (dBc) 39MHz (320ksps) Input (dBm) GCW Output (dBm) Output (dBmv) ACPR (dBc) 39MHz (640ksps) Input (dBm) GCW Output (dBm) Output (dBmv) ACPR (dBc) 39MHz (1280ksps) Input (dBm) GCW Output (dBm) Output (dBmv) ACPR (dBc) 39MHz (2560ksps) Input (dBm) GCW Output (dBm) Output (dBmv) ACPR (dBc) 39MHz (5120ksps) Input (dBm) GCW Output (dBm) Output (dBmv) ACPR (dBc) 表6. 邻信道功率比的DOCSIS 2.0规范 Modulation Rate (ksps) 160 320 640 1280 2560 5120 表7. MAX3516 ACPR与输出功率及频率的关系 39MHz (160ksps) Input (dBm) GCW Output (dBm) Output (dBmv) ACPR (dBc) 39MHz (320ksps) Input (dBm) GCW Output (dBm) Output (dBmv) ACPR (dBc) 39MHz (640ksps) Input (dBm) GCW Output (dBm) Output (dBmv) ACPR (dBc) -13 115 13.2 60.2 -47.3 -13 117 14.2 61.2 -45.7 39MHz (1280ksps) Input (dBm) GCW Output (dBm) Output (dBmv) ACPR (dBc) -13 109 10.1 57.1 -49.6 -13 111 11.0 58.0 -48.7 -13 113 12.1 59.1 -47.6 -13 115 13.0 60.0 -46.5 -13 117 14.0 61.0 -44.9 39MHz (2560ksps) Input (dBm) GCW Output (dBm) Output (dBmv) ACPR (dBc) -13 109 10.2 57.2 -46.7 -13 111 11.1 58.1 -46.0 -13 113 12.1 59.1 -45.0 -13 115 13.1 60.1 -43.8 -13 117 14.1 61.1 -42.6 39MHz (5120ksps) Input (dBm) GCW Output (dBm) Output (dBmv) ACPR (dBc) -13 109 10.2 57.2 -43.8 -13 111 11.2 58.2 -43.1 -13 113 12.2 59.2 -42.2 -13 115 13.2 60.2 -41.4 -13 117 14.2 61.2 -40.3 表8. 邻信道功率比的DOCSIS 2.0规范 Modulation Rate (ksps) 160 320 640 1280 2560 5120 ACPR DOCSIS 2.0 SPec. (dBc) -47 -47 -46 -45 -44 -42 图6. 图7. 结论 表1、3、5、7的测试结果表明，MAX3514/MAX3516符合DOCSIS 2.0标准。