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數字射頻調制器是一種滿足嚴格的 DOCSIS 射頻性能要求的集成解決方案，它利用了高性能寬帶數模轉換和 CMOS 技術縮放等現代技術。本應用筆記介紹了數字正交幅度調制（QAM）調制器的概念和優勢，該調制器采用直接RF架構支持電纜接入平臺（CCAP）系統。

介紹

對視頻和數據等有線寬帶數字服務的需求正在以每年30%至40%的速度提高下游數據速率。與此同時，消費者希望在家中為越來越多的連接設備花費大致相同的費用。事實證明，使用模擬技術的當前一代下游調制器在長期內成本高昂。服務提供商發現，通過使用現有接入平臺的增量升級來滿足不斷增長的帶寬需求過于昂貴。

最終，用戶和提供商面臨的問題是相同的：滿足帶寬需求。模擬變送器不再是答案。相反，新一代數字RF調制器提供了高密度和低成本的解決方案，以滿足未來的帶寬要求。數字射頻調制器采用直接射頻架構，可實現用于全頻譜正交幅度調制（QAM）傳輸的融合電纜接入平臺（CCAP）。這些數字RF調制器的容量也是模擬調制器的32倍，每個發射QAM通道的功耗是模擬調制器的二十分之一。

本應用筆記介紹了數字QAM調制器的概念和優勢，該調制器采用直接RF架構支持CCAP系統。

為什么直接射頻發射器要取代模擬發射器

有線電視（CATV）的 CCAP（圖 1）結合了邊緣 QAM 設備傳輸的視頻和電纜調制解調器終端系統（CMTS）傳輸的高速互聯網接入服務。傳輸的QAM調制數字載波包括廣播電視和窄播服務，如視頻點播（VoD）、交換數字視頻（SDV）和高速互聯網。這些載波填充50MHz至1000MHz帶寬的下游CATV頻譜。多達 158 個（6MHz 寬）QAM 載波（通道）從 CCAP 前端中的單個射頻端口占用整個頻譜。單個線卡中最多存在 8 到 12 個 RF 端口，單個 13RU CCAP 機箱中可以存在五個以上的下行線卡。

圖1.有線電視頻譜包括廣播和窄播服務。

下游 CCAP 物理層（PHY）需要高密度的射頻調制器。反過來，這些QAM調制器必須具有低功耗、可擴展性和QAM載波敏捷性。在老一代前端中，來自多個超外差模擬發射器的 QAM 載波組合在一起，以完全填充 CATV 頻譜（圖 2）。但是，該方法可能需要單個CCAP RF端口超過300W。然而，直接RF發射器（圖3）在數字域中輕松執行QAM載波的數字上變頻（DUC）和調制，并且可以在ASIC或現場可編程門陣列（FPGA）中實現。這種類型的數字架構僅由寬帶RF數模轉換器（RF DAC）實現，因為QAM載波的整個頻譜由單個RF鏈傳輸。

圖2.老一代模擬上變頻器結合了多個模擬發射器。

圖3.直接RF發射器是單個信號鏈。

在CCAP系統中，直接RF發射器有一個顯著的優勢：現在在數字域中實現的整個信號處理可以從CMOS工藝幾何形狀中受益。CMOS工藝允許在小尺寸和低功耗下實現更高的通道密度。通過一個例子很容易看出這種方法的好處。

MAX5880為128通道DUC和QAM調制器，用于驅動RF DAC（圖4）。它接受來自FPGA的前向糾錯（FEC）編碼符號，執行QAM調制、脈沖整形和每個QAM通道的重采樣。然后，它組合、插值和調制多達128個QAM通道，以驅動RF DAC。RF DAC的采樣速率必須大于2Gsps才能合成整個CATV頻段;它還必須滿足嚴格的 DOCSIS? 射頻性能要求。本設計采用14位4.6Gsps MAX5882 RF DAC。

圖4.MAX5880為128通道DUC和QAM調制器，驅動MAX5882 RF DAC。

MAX5882對1GHz頻段進行過采樣，更新速率超過4Gsps。請注意，根據奈奎斯特定理，合成2GHz頻段需要略高于1GHz的采樣率。但是，如果使用 2.5Gsps DAC，則二次諧波（HD2）和三次諧波（HD3）等主要諧波失真產物會因混疊而折回 1GHz 電纜頻譜（圖 5A）。這些失真產品可能違反 DOCSIS? 發射機的帶頻性能要求。但是，如果使用4Gsps DAC（圖5B），HD2和HD3永遠不會折回CATV頻段。

圖5.使用 2.5Gsps DAC （5A）和 4Gsps DAC （5B）合成電纜頻段。

數字RF QAM調制器芯片組的RF輸出如圖6所示，適用于128GHz范圍內6MHz寬的1個通道。射頻性能完全符合 DOCSIS 射頻要求。DUP和DAC總共耗散約6W，用于傳輸128個QAM通道。與傳統的模擬RF調制器相比，每個QAM通道的功耗可節省約95%。每個芯片均為 17mm x 17mm，采用 256 引腳 CSBGA 封裝，從而實現下游 CCAP 線卡所需的射頻端口密度。