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设计笔记: HFDN-40.

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08/10 利 利用 用MMA AX X3

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54 4 在在GGP PO ON N O ON NT T 视 视频 频应 应用 用中 中获 获取 取大 大信 信号 号输 输出 出 利用 MAX3654 在GPON ONT 视频应用中获取大信号输出

1 引言 图1是GPON ONT应用中的典型视频结构框图. MAX3654是简单易用的低成本AGC放大器模块 解决方案;

根据系统参数(光调制指数(OMI)、平 均光功率、通道数等),放大器可能还需要提供 额外增益.为了推进各种标准的实现(例如同轴 传输多媒体协会(MoCASM )制定的标准),需要在 同轴电缆注入数字信号,这会导致额外的视频输 出损耗.克服损耗需要提高放大器增益,同时保 持所需的线性度和载波噪声比(CNR). 本应用笔记介绍了增益需求的背景信息,在保持 关键系统需求的同时,利用后置放大器获得较大 的输出幅度,此外还提供了原理图和测试数据.

2 背景介绍 MAX3654 CATV互阻放大器能够为132路负载(约为3% OMI和0.9 A/W响应度)的每个通道提供 15dBmV,平均光功率范围在-6dBm至+2dBm. 器件集成了"上翘"补偿电路,以补偿同轴电缆 损耗.对于典型应用,50MHz 下输出为15dBmV,870MHz时输出为19dBmV. 提高发送端的OMI或光电二极管的响应度能够增 加输出幅度,提高CNR;

然而,必须确保总输出 功率不会增大,使激光发射器和AGC放大器的线 性度保持均衡.为了达到最佳CNR,应在保证系 统线性度要求的前提下尽可能增大模拟通道的 OMI.减少通道数能够在较大OMI时保证线性指 标,也可以通过降低数字通道的OMI来保证线性 指标. Photodiode Optical Block AGC Amplifier Fiber Bias Network Balun Coax Average Optical Power Detector RF Power Detector Or 图1. GPON ONT 视频传输结构图 应用笔记 HFDN-40.0 (Rev. 2;

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6 与模拟通道相比,数字调制通道具有较高的线性 失真和噪声容限.通过降低数字载波OMI、提高 模拟载波OMI,并保持总功率不变,可以进一步 优化系统性能.

3 高增益需求 采用 MoCA 接口的系统需要 AGC 放大器提供 18dBmV,甚至更大的输出幅度(仅对模拟通道, 数字通道通常为 12dBmV).对于 4.2%至4.3%的OMI,MAX3654 可以保持-6dBm 至+2dBm 的平 均光功率输入.如果系统 OMI 低于这一范围, 或要求输入功率范围大于该范围(例如:-8dBm 至+2dBm),则需要提高增益以满足 18dBmV 的 要求. 由于线性度、噪声、功耗以及成本的严格要求, 提高增益的难度较大.采用低成本、低噪声、高 线性度以及低电流后置放大器,可以满足输出幅 度的要求,并可保持优异的线性度和 CNR.

4 结构图/原理图 图2是提高输出幅度的解决方案.测试中采用 RFMD? CGB-1089Z器件,使用RFMD的CXE- 1089Z或RF2389 也可以获得类似结果,关于器件 规格的说明请参见www.rfmd.com. 建议在 MAX3654 和RFMD 放大器之间加入一个 2dB 至4dB 的电阻衰减器,以保持较好的线性指 标.也可以在输出端加入衰减器,以得到所要求 的上倾、输出幅度和 S22.然而,在这一演示中 并没有加入输出衰减器,因此,可以测量各种输 入时的输出总功率. 图3是这种配置下的测试原理图.MAX3654 和RFMD 放大器采用 5V 单电源供电.测试时,在-8dBm 至+2dBm 输入功率范围内,采用平均光输 入功率前馈监测器控制 AGC 增益(18dB 增益范 围). Photodiode Optical Block MAX3654 AGC Amplifier Fiber Bias Network Balun Coax Average Optical Power Detector RF Power Detector Or RFMD Post- Amplifer Tilt Adj. Attenuation 图2. 提供高增益的原理框图 应用笔记 HFDN-40.0 (Rev. 2;

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6 图3. 测试电路原理图

5 测试数据 图4至图

7 所示的测试数据采用了以下条件: OMI = 4.2% (模拟通道)、2.1% (数字通道) 模拟通道数:44 (55.25MHz 至343.25MHz) 数字通道数:66 (349.25MHz 至865.25MHz) 模拟通道测得的 CSO 和CTB 优于 64dBc.在整 个-8dBm 至+2dBm 输入功率范围内,CNR 优于 47.5dB.每通道最小输出幅度为+26dBmV (模拟 通道).上倾大约为 4dB,因此提高输出幅度有助 于简化衰减方法,便于进行上倾调整,必要时有 助于改善 S22.

6 结论 MoCA 接口中的 GPON ONT 模块需要提高增益 以降低系统损耗.在MAX3654 之后接入 RFMD CGB-1089Z 后置放大器可以为这些应用提供低成 本、高线性度的低噪声解决方案. 参考文献 1. 数据资料:"MAX3654 : 47MHz 至870MHz模拟CATV互阻放大器"CMaxim Integrated Products,2005 年7月. 2. 数据资料:"CGB-1089Z 50MHz to 1000MHz Single Ended InGaP/GaAs HBT MMIC CATV Amplifier"C RFMD,版本 D. MoCA 是Multimedia Over Coax Alliance, Inc.的商标. RFMD 是RFMD, LLC Ltd.的注册服务标志. 应用笔记 HFDN-40.0 (Rev. 2;

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6 Output Amplitude

10 12

14 16

18 20

22 24

26 28

30 32

34 0

200 400

600 800

1000 Frequency (MHz) Output Amplitude (dBmV) -8dBm Analog -8dBm Digital +2dBm Analog +2dBm Digital 图4. 输出幅度和频率 Carrier-to-Noise Ratio

40 42

44 46

48 50

52 54

56 58

60 62

0 200

400 600

800 1000 Frequency (MHz) CNR (dB) -8dBm PI A -8dBm PI D -8dBm A -8dBm D 图5. 载波噪声比 应用笔记 HFDN-40.0 (Rev. 2;

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6 Composite Second-Order Distortion -74 -72 -70 -68 -66 -64 -62 -60 -58 -56 -54 -52 -50 -48 -46 -44

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800 1000 Frequency (MHz) CSO (dBc) -8dBm PI A -8dBm PI D +2dBm PI A +2dBm PI D -8dBm A -8dBm D +2dBm A +2dBm D 图6. 混合二阶(CSO)失真 Composite Triple Beat -84 -80 -76 -72 -68 -64 -60 -56 -52 -48 -44

0 200

400 600

800 1000 Frequency (MHz) CTB (dBc) -8dBm Analog -8dBm Digital +2dBm Analog +2dBm Digital Laser Source Analog Laser Source Digital 图7. 混合三阶差拍(CTB) 应用笔记 HFDN-40.0 (Rev. 2;

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