介紹
   由于政府鼓勵三網合一服務，CATV運營商正在快速擴張其網絡與功能。與此同時，用戶繼續對服務供應商提出愈來愈多的要求——高速互聯網、高清視頻、清晰的電話語音服務。
    基于光纖同軸電纜混合網 (HFC) 的三網合一服務需要可靠的組件，不論是光學元件還是電子元件。光纖網絡性能可靠、服務質量優異，憑借性能方面的顯著改善獲得了廣泛的關注和贊譽，結果我們當然認為電子元件的可靠性同樣重要。
實現高服務質量和可靠性
    目前使用的許多電子元件的設計與開發初衷都是為了用于模擬CATV系統。這些早期的電子元件經過優化可提供卓越的模擬TV信號，仍是現代HFC系統的基礎。事實上，許多這類元件現在仍在使用。這些相同的HFC網絡最初僅用于CATV系統，如今正在擴張以提供增強的三網合一服務，傳輸距離有了顯著提高。這種服務和覆蓋范圍方面的急劇擴張增加了這些系統的復雜程度，給電子元件提出了更為嚴格的質量和可靠性要求。
    三網合一網絡中的主要電子元件之一就是系統放大器。這些放大器用于提升整個網絡中傳往下游的信號 (圖1)。有效提升信號需要微妙的平衡——提高功率水平以實現長距離覆蓋范圍，降低信號失真以保持畫質，同時減少功耗以節約能源并降低運營成本。缺少這些電子元件的協作，三網合一服務就難以取得成功。

圖1：CATV系統示意圖說明了系統放大器的應用

     系統放大器由許多電子元件組成，其中最重要的器件之一就是線路放大器，它可以提供最終的放大級和絕大多數的信號提升。線路放大器同時會消耗大量功率，如果不能妥善解決，就會對三網合一網絡的可靠性產生影響。由于承擔著提供最終放大的重要作用，線路放大器很大程度上決定了網絡的質量和可靠性。

線路放大器的設計考量
    設計質量優異、性能可靠的線路放大器需要遵照一定標準。開發線路放大器的元件技術以及制造工藝在確保質量和可靠性方面與設計技術同樣重要。一開始，許多半導體公司的線路放大器都采用分立式設計。這些設計可以提供適合的性能，但是一致性差且難以量產。后來，隨著技術、設計以及制造技術的不斷改善，線路放大器設計成單片微波集成電路 (MMIC)。新的MMIC設計 (圖2) 可以提升一致性、制造工藝以及可靠性，同時通過技術進步提高性能表現。MMIC設計的這些基本特點可以改善線路放大器，從而滿足系統不斷增加的性能要求和品質標準，又無需分立式設計的微調。自1996年以來，ANADIGICS利用砷化鎵MESFET技術率先推出射頻線路放大器單片微波集成電路 (MMIC) 設計。
    這些線路放大器在最近15年來一直作為行業標準。因為線路放大器可以產生長距離傳輸信號所需的高輸出功率，它們會損失8到10瓦的功耗。這就需要大的散熱器，以確保性能與可靠性，而這樣就必須調整模塊。此外，線路放大器MMIC不可現場維修，一旦出現故障，就必須替換整個系統放大器。

圖2：系統放大器中的線路放大器MMIC

   開發混合線路放大器模塊是為了提供常規機械尺寸并解決可能導致放大器過熱的熱管理問題。混合線路放大器模塊的另一主要優點在于可以現場替換，因而這些系統放大器可以方便地在現場維修。圖3比較了混合模塊與MMIC線路放大器的尺寸和封裝。

圖3：射頻線路放大器混合模塊及MMIC

    出于這些原因，混合線路放大器模塊目前在HFC網路系統放大器中非常普遍，而且全球有多家制造商可生產這種同時采用分立元件和MMIC的放大器模塊。混合設計采用分立元件可以定制性能特點，例如復合三次差拍 (CTB)、復合二次差拍 (CSO)、交叉調制 (XOMD) 以及噪音系數失真，同時還可提供靈活的設計方案。然而，使用分立元件會因為生產差異而導致性能差異。采用分立式線路放大器，網絡可靠性更加難以保證，因為系統放大器生產之前并未對單個元件的可靠性進行測試。線路放大器ESD保護和耐用性對于網絡可靠性極為重要，而如果系統放大器設計采用MMIC線路放大器，便可提前測試元件。表1比較了MMIC線路放大器與分立式線路放大器的設計優點。

表1：分立式線路放大器與MMIC線路放大器

   多種技術均可改善分立元件線路放大器的ESD 保護和整體耐用性。這些技術可能會犧牲系統性能，帶來更低的增益、更差的輸入和輸出反射損耗以及在更低頻率引起增益滾降。圖4 展示了影響系統性能和可靠性的混合模塊的元件。輸入與輸出ESD 電路可以保護放大器，又不會降低性能，該線路放大器既可為分立元件，又可為MMIC。圖5 表明混合線路放大器缺少合適的ESD 電路可能導致其電氣性能下降，引起帶寬減少或者降低系統速度。

   不過，只要設計采用優化輸入ESD 保護，使用MMIC 的混合線路放大器模塊就可以在不犧牲性能的同時提高ESD 保護。詳情參見圖5。MMIC 在輸入和輸出端均內置ESD 保護，并在組裝前經過全面測試。額外的ESD 保護性能則來自混合電路內部。關鍵是基于MMIC 的混合模塊優化了設計和性能，利用已知品質良好的MMIC 實現雙重ESD 保護，從而提升可靠性。基于MMIC 的混合線路放大器的另一主要優點在于，相比分立元件其具有更佳的一致性。MMIC 還能簡化并改善模塊制造工藝，提高產量并減少元件數量，從而降低復雜度。

圖5：混合線路放大器模塊帶和不帶ESD 保護時的帶寬

線路放大器技術
    線路放大器設計采用的半導體元件技術會隨著設計方法共同發展。硅元件可以為運行速度可達770 MHz 的早期短距離模擬系統提供可靠的性能。網絡運行速度最初已增至870MHz，現在更高達1 GHz，以便為更多電視頻道以及三網合一服務提供額外帶寬。這就要求使用砷化鎵半導體元件，才能在更寬的頻率范圍內提高功率并改善信號質量。信號質量取決于放大器失真特性，而砷化鎵的性能遠高于硅 (Si)。因此，砷化鎵MMIC 線路放大器在HFC 系統放大器中應用極為廣泛，多年來已經成為最主要的元件技術之一。
    砷化鎵MMIC 線路放大器歷來以其卓越性能與可靠性而著稱，現在我們可以通過線路放大器混合模塊提供類似的性能，成功實現三網合一網絡。此外，經過驗證的技術加上全新的混合線路放大器設計和制造工藝，均有助于提高性能和可靠性。

    MMIC 經過驗證的砷化鎵技術確保線路放大器可以提供輸出功率、增益以及線性度，且不會犧牲可靠性。盡管射頻線路放大器同樣采用其他多種技術，但僅有砷化鎵MESFET 經過測試檢驗，過去25 年來已證明其耐用而可靠的流程技術。這種技術可靠性的關鍵指標之一就是平均無故障時間 (MTTF)。即使在125 攝氏度 (圖6) 的極端溫度下，砷化鎵MESFET 技術的平均無故障時間仍在106 小時左右。這一標準實際上優于可以連續運行100 年，確保在正常運行情況下性能不會下降或過早出現故障。Predicted MTTF for GaAs MESFET Hybrid Line Amplifiers

圖6：砷化鎵MESFET 技術可提供極為出色的平均無故障時間 (MTTF)

    這表明就算工作溫度達到85 攝氏度，砷化鎵MESFET 線路放大器的性能仍然極為穩定、可靠，并可降低維護和運營成本。相比其他IC 技術，砷化鎵MESFET 是兼具性能、成本和可靠性的最佳選擇。硅技術的性能不夠高，而HFET 或PHEMT 等其他砷化鎵技術又無法提供相同等級的線性度和成本或者MESFET 技術的可靠性。這些MTTF 規格可以通過現場數據進行檢驗，而這些現場數據則顯示其與耐用性和可靠性之間的直接聯系。

線路放大器測試
    選擇正確的IC技術并采取最好的設計方法，這樣做雖然必要，但并非是確保整體系統性能與可靠性的充分標準。開發并制造這些元件時所采取的測試方法，是確保技術和設計確實有益于三網合一系統的關鍵。首先，必須要研究影響系統性能的線路放大器的關鍵參數。線路放大器的性能與全負載頻譜相關，包括上文提及的CTB、CSO、XMOD以及噪音系數失真。這些標準性能衡量單位的定義參見表2，所需等級則取決于系統設計。三網合一系統可以滿足系統因電視頻道、視頻點播及其他數據服務的數量，而對線路放大器帶來的極端電氣性能需求。額外的數據傳輸則需要系統以及線路放大器具有更好的線性度和失真，從而確保模擬電視頻道保持出色的質量。

主要性能規格

    表2：主要性能規格包括CTB、CSO、XMOD和噪聲系數

    第二，可靠性測試將有助于確保不間斷運行。有幾項關鍵測試可確保產品達到適當的可靠性，包括ESD、耐用性、振鈴波和壓力測試。這些測試引入了靜電放電、電壓尖峰以及持續高電流，以模擬嚴苛的環境和機械條件，例如電涌、雷擊以及負載切換。這些測試很難進行，通常會永久性地損壞放大器，不論是MMIC還是混合模塊，因此我們開發了特殊技術以確保這些部件的耐用性，而又不會損壞它們。這些關鍵測試和技術多數可以在MMIC組裝到混合模塊之前在MMIC上進行。這確保了混合模塊能夠達到更高的可靠性，而分立元件無法做到這一點。正是出于這一關鍵因素，我們推薦選擇采用經過驗證的MMIC設計和技術的混合線路放大器。

經過驗證的良好記錄
    盡管測試耐用性和性能非常重要，有關可靠性的許多參數很難與具體測試結果聯系起來。必須通過額外的制造流程和設計技術確保長期、持續的結果。這些流程和技術經過長年的持續開發和不斷完善，已經用于實現現有HFC 網絡展示的結果。
     未來線路放大器性能的衡量標準之一就是展示開發和交付穩定產品的能力。例如，ANADIGICS 在過去15 年中已經交付了超過2,600 萬枚射頻線路放大器，其現場故障率低于2 ppm (圖7)。為了達到這一優異的業務記錄，ANADIGICS 利用了各種技術、設計、制造工藝及上述部分說明的測試最佳規范。

Cumulative Line Amplifier Shipments

圖7：線路放大器累積出貨量與RMA，充分說明了ANADICS 線路放大器的可靠性與耐用性

     我們認為，確保三網合一網絡性能與可靠性的關鍵之一就是選擇合適的供應商，這些供應商能夠自主開發線路放大器MMIC 并使用砷化鎵MESFET 工藝技術。我們建議您向潛在供應商詢問有關混合線路放大器組成元件的詳細信息，以便了解其在組裝之前是否經過全面測試，是否混合部分及MMIC 均內置ESD 保護且不會犧牲性能。
這意味著什么？
    隨著系統運營商不斷完善其三網合一服務并擴大網絡范圍，必須重點關注能夠助其獲得成功的元件，這一點十分重要。射頻線路放大器毫無疑問是三網合一基礎設施中的重要元件，所以必須選擇并指定可以提供可靠性能的線路放大器。因此，我們建議考慮線路放大器采用的技術和設計，確定您更傾向于MMIC 型還是混合型，選擇基于經過驗證的MMIC 技術的混合線路放大器，并堅持檢查出貨記錄以及RMA 數據，以確定是否具有良好的業務記錄。我們認為以下這些最佳規范有助于確保三網合一網絡的可靠性能。

     更多有關ANADIGICS線路放大器產品的信息，請聯系：sales@anadigics.com。