Qorvo 助你为 DOCSIS 4.0 做好准备
本文来自Qorvo公众号
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。
Qorvo 技术专家 Frank Zhu
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。
从他的介绍我们得知，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 架构的放大器。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，给放大器带来了更宽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，这就促进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，后者也逐渐成为了业界的主流。
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 技术制造的功率放大器模块。
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出，更好的稳定性和温度范围等等。”Frank Zhu 补充说。
从整个架构来说，DOCSIS 4.0 对于运营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。
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 的上行速率。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。这样做的好处就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，上行速度率也可以做到 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是想先把带宽扩充，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，随着输出功率的提高，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，这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，也提出了更高的要求，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竞争力的产品，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，在电流和功耗也有所不同。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。
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.
热设计是一个至关重要的课题，其中的各种规则、缩略语和复杂方程时常让人感到它似乎是个深不可测的神秘领域；但其对于集成电路设计的意义却不容忽视——毕竟，温度是导致大多数半导体在现实应用中失效的最大环境因素。元件的预期寿命会随着温度的每一度升高而缩短。
BAW滤波器凭借其独特的技术原理，在高频滤波领域占据重要地位。其利用压电效应将电信号转换为声表面波，通过精心设计的结构实现信号滤波。其工作涉及振荡器产生声表面波、传输线控制声波传播、反射镜形成驻波等步骤。BAW滤波器的性能受材料和工艺影响，需采用精密技术确保结构准确稳定。
滤波器是无线通信中的关键组件，用于筛选特定频率信号并抑制其他频率成分，提升信号抗干扰性和信噪比。BAW滤波器因其优异性能，特别是在中高频滤波方面，成为5G通信的关键技术。其性能提升涉及材料选择、结构设计、制造工艺、谐振频率控制及集成化等多个方面。
BAW滤波器作为基于压电材料的声波滤波器技术，近年来在国内外市场蓬勃发展。随着5G、物联网等技术的快速发展，对高性能滤波器的需求日益增长，为BAW滤波器提供了广阔的市场空间。国内企业在研发和技术积累方面努力追赶，逐步改变市场格局。然而，与国际先进水平相比，国内产业仍存在差距，需加强技术创新和合作。
Qorvo作为在业界享有很高的声誉的功频放大器供货商之一，在可穿戴的诸多产品中都得到了广泛应用，并以其卓越的性能和可靠性获得了客户的高度认可。Qorvo凭借其深厚的技术积累和创新精神，一直在推动可穿戴设备市场的发展，为消费者带来更加智能、便捷的生活体验。
