应用笔记 1945

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
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2.

图3.
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4.

图5.
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)
-13
109
7.0
54.0
-55.5
-13
111
8.0
55.0
-54.4
-13
113
9.0
56.0
-53.2
-13
115
10.0
57.0
-52.0
-13
117
11.0
58.0
-50.9
39MHz (320ksps) Input (dBm) GCW Output (dBm) Output (dBmv) ACPR (dBc)
-13
109
7.0
54.0
-54.8
-13
111
8.0
55.0
-54.2
-13
113
9.0
56.0
-53.3
-13
115
10.0
57.0
-52.2
-13
117
11.0
58.0
-51.0
39MHz (640ksps) Input (dBm) GCW Output (dBm) Output (dBmv) ACPR (dBc)
-13
109
7.0
54.0
-53.9
-13
111
8.0
55.0
-53.3
-13
113
9.0
56.0
-52.1
-13
115
10.0
57.0
-51.4
-13
117
11.0
58.0
-50.2
39MHz (1280ksps) Input (dBm) GCW Output (dBm) Output (dBmv) ACPR (dBc)
-13
109
6.8
53.8
-52.2
-13
111
7.8
54.8
-51.6
-13
113
8.8
55.8
-50.8
-13
115
9.8
56.8
-50.0
-13
117
10.8
57.8
-48.6
39MHz (2560ksps) Input (dBm) GCW Output (dBm) Output (dBmv) ACPR (dBc)
-13
109
7.0
54.0
-49.3
-13
111
8.0
55.0
-48.4
-13
113
9.0
56.0
-48.0
-13
115
10.0
57.0
-47.1
-13
117
11.0
58.0
-46.3
39MHz (5120ksps) Input (dBm) GCW Output (dBm) Output (dBmv) ACPR (dBc)
-13
109
6.8
53.8
-46.2
-13
111
7.8
54.8
-45.6
-13
113
8.8
55.8
-45.1
-13
115
9.8
56.8
-44.3
-13
117
10.8
57.8
-43.5


表6. 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

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)
-13
109
10.2
57.2
-52.0
-13
111
11.2
58.2
-50.9
-13
113
12.2
59.2
-49.4
-13
115
13.2
60.2
-47.8
-13
117
14.2
61.2
-46.0
39MHz (320ksps) Input (dBm) GCW Output (dBm) Output (dBmv) ACPR (dBc)
-13
108
9.9
56.9
-52.2
-13
110
10.8
57.8
-50.9
-13
112
11.8
58.8
-49.8
-13
114
12.8
59.8
-48.4
-13
116
13.8
60.8
-46.9
39MHz (640ksps) Input (dBm) GCW Output (dBm) Output (dBmv) ACPR (dBc)
-13
109
10.3
57.3
-50.7
-13
111
11.2
58.2
-49.8
-13
113
12.2
59.2
-48.7
-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6.

图7.
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。