作者：Jim Surber and Curt Ventola

世界正處于廣泛接入信息高速公路的新時(shí)代的邊緣，電纜調(diào)制解調(diào)器準(zhǔn)備提供高速“入口”。電纜調(diào)制解調(diào)器使具有雙向混合光纖同軸電纜（HFC）功能的CATV系統(tǒng)能夠用作雙向高速數(shù)據(jù)端口，可用于為家庭提供電話和互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)。盡管目前只有相對(duì)較小的美國(guó)人口連接到互聯(lián)網(wǎng)，但顯然其作為有價(jià)值的廣告和信息資源的聲譽(yù)正在迅速傳播;互聯(lián)網(wǎng)正在成為信息時(shí)代的支柱。

然而，廣泛采用互聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)障礙是它通過(guò)電話調(diào)制解調(diào)器訪問(wèn)PC的時(shí)間非常慢。反應(yīng)緩慢，以及隨之而來(lái)的用戶挫敗感，減緩了市場(chǎng)增長(zhǎng)，并阻止了互聯(lián)網(wǎng)成為普通家庭消費(fèi)者不可或缺的信息工具。有線網(wǎng)絡(luò)行業(yè)已將此視為利用其龐大的電纜設(shè)備資源和 1 GHz 網(wǎng)絡(luò)帶寬為家庭、機(jī)構(gòu)和企業(yè)提供更高速交互式數(shù)據(jù)服務(wù)的機(jī)會(huì)，從而產(chǎn)生額外收入。主要的電纜行業(yè)多系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商（MSO）已宣布他們打算在1998年之前全面部署電纜調(diào)制解調(diào)器服務(wù)。

按照最初的設(shè)計(jì)，典型的有線電視電纜設(shè)備旨在將高質(zhì)量的電視信號(hào)單向傳送到家庭。提供電纜調(diào)制解調(diào)器和其他交互式視頻服務(wù)的前景要求系統(tǒng)所有者通過(guò)提供雙向信號(hào)功能來(lái)升級(jí)其工廠。這需要安裝雙向混合光纖同軸電纜干線和2分頻線路放大器。據(jù)估計(jì)，大約20%的現(xiàn)有有線電視工廠已經(jīng)升級(jí)到完全雙向能力。這意味著大約20萬(wàn)美國(guó)家庭和企業(yè)可以利用雙向有線電視服務(wù)。

與流行的電話調(diào)制解調(diào)器連接相比，通過(guò)有線調(diào)制解調(diào)器和有線電視網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)是什么？首先，電纜調(diào)制解調(diào)器在突發(fā)模式下運(yùn)行;這意味著，雖然它仍然與電纜設(shè)備保持物理連接，但它僅在傳輸突發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)才使用網(wǎng)絡(luò)資源。這使得電纜調(diào)制解調(diào)器可以有效地始終“登錄”到互聯(lián)網(wǎng)，并為即時(shí)雙向數(shù)據(jù)傳輸做好準(zhǔn)備。要使用電話調(diào)制解調(diào)器實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，需要一條專用的電話線，這導(dǎo)致了電纜調(diào)制解調(diào)器的下一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)：電纜調(diào)制解調(diào)器在用戶“上網(wǎng)”時(shí)不會(huì)占用電話線。使用電話調(diào)制解調(diào)器訪問(wèn)時(shí)，除非有專用電話線，否則在互聯(lián)網(wǎng)會(huì)話期間將暫停正常電話服務(wù)。

電纜調(diào)制解調(diào)器的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是大大提高了數(shù)據(jù)傳輸速度。與標(biāo)準(zhǔn)電話調(diào)制解調(diào)器服務(wù)（最大 36 kb/s）相比，電纜調(diào)制解調(diào)器的下行數(shù)據(jù)速率高達(dá) 10 Mb/s 和上行速度為 28 Mb/s。數(shù)據(jù)傳輸速度的這種多倍的提高意味著互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)速度通常將受到URL文件服務(wù)器而不是調(diào)制解調(diào)器波特率的限制。當(dāng)用戶下載大型圖形、視頻或圖像文件時(shí)，這一點(diǎn)尤其重要。通過(guò) 56.8 kb/s 電話調(diào)制解調(diào)器下載需要 28 分鐘的文件通過(guò)電纜調(diào)制解調(diào)器需要 8 秒。這種訪問(wèn)速度的提高將釋放互聯(lián)網(wǎng)成像潛力的真正力量。

圖1.HFC有線電視工廠的框圖。

有線電視行業(yè)希望用于上網(wǎng)的電纜調(diào)制解調(diào)器成為“現(xiàn)成”物品，由消費(fèi)者購(gòu)買(mǎi)和維護(hù)，非常像電話調(diào)制解調(diào)器。為此，電纜調(diào)制解調(diào)器需要具有互操作性，這意味著給定的電纜調(diào)制解調(diào)器將在不同的電纜系統(tǒng)中工作，使用不同供應(yīng)商的前端設(shè)備。為了實(shí)現(xiàn)電纜調(diào)制解調(diào)器的互操作性，需要通用標(biāo)準(zhǔn)，事實(shí)上，它們正在出現(xiàn)。多媒體有線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（MCNS）集團(tuán)已經(jīng)發(fā)布了通過(guò)HFC網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交互式通信的“電纜服務(wù)接口數(shù)據(jù)規(guī)范”。MCNS標(biāo)準(zhǔn)已被許多較大的電纜MSO認(rèn)可為其工作標(biāo)準(zhǔn)。IEEE 802.14委員會(huì)也在為HFC電纜網(wǎng)絡(luò)制定一套標(biāo)準(zhǔn)，DAVIC和DVB標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)發(fā)布并正在歐洲部署。然而，對(duì)于有線電話，上游/下游傳輸采用專有算法，互操作性不是問(wèn)題。

基本電纜調(diào)制解調(diào)器由射頻接收器和發(fā)射器物理層 PHY 組成，用于調(diào)制/解調(diào)數(shù)據(jù)，4 Analog Dialogue 31-3 （1997） 媒體訪問(wèn)控制器 MAC，用于執(zhí)行主系統(tǒng)控制功能。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)完全部署后，下游數(shù)據(jù)傳輸將在42-850 MHz頻段進(jìn)行，現(xiàn)有的6 MHz CATV網(wǎng)絡(luò)信道間隔。下游數(shù)字調(diào)制格式將為64-QAM（正交幅度調(diào)制），未來(lái)將遷移到256-QAM。氫氟碳化物的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)將是不對(duì)稱的;數(shù)據(jù)速率將比上游更快。這通常與互聯(lián)網(wǎng)沖浪應(yīng)用程序兼容，因?yàn)榈湫偷膆ttp導(dǎo)航要求發(fā)送到計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)比發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)要多得多。

使用電纜調(diào)制解調(diào)器時(shí)所需的上行傳輸路徑是有線電視設(shè)備的主要新要求。有線電視行業(yè)為返回路徑功能分配的帶寬在美國(guó)為5-42 MHz，在歐洲為5-65 MHz。預(yù)計(jì)此特定帶寬將包含大量脈沖噪聲或“quto;ingress”，這將使反向路徑通信變得困難。最初，大多數(shù)電纜調(diào)制解調(diào)器供應(yīng)商正在使用一種相對(duì)簡(jiǎn)單的調(diào)制格式，即正交相移鍵控（QPSK）。未來(lái)，隨著電纜工廠環(huán)境的進(jìn)一步升級(jí)和改善，將轉(zhuǎn)向16-QAM上行調(diào)制格式，以提高上行數(shù)據(jù)傳輸?shù)腷its/Hz效率。

電纜調(diào)制解調(diào)器的上游發(fā)射器（Tx）部分的一些技術(shù)和市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)要求是：

通過(guò)數(shù)字控制實(shí)現(xiàn)輸出頻率捷變

調(diào)制和輸出功率參數(shù)的全數(shù)字控制

調(diào)制輸出載波上的高無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍 （SFDR）

具有高功能水平的集成數(shù)字信號(hào)處理

低成本

低功耗

ADI公司在為上游發(fā)射需求提供最佳硅解決方案方面處于獨(dú)特的地位;它完全屬于ADI混合信號(hào)和線性核心競(jìng)爭(zhēng)力的領(lǐng)域。AD9853/AD8320上游發(fā)射芯片組現(xiàn)已上市，集成了高速數(shù)字和模擬模塊，可為HFC上游發(fā)送器要求提供完整的ASIC解決方案。AD9853是一款調(diào)制器功能，專為滿足HFC上游功能的可互操作和專有實(shí)現(xiàn)的要求而設(shè)計(jì)。AD8320是一款配套電纜驅(qū)動(dòng)器放大器，具有數(shù)字可編程增益功能;與AD9853調(diào)制器的輸出相匹配，它通過(guò)調(diào)制載波直接驅(qū)動(dòng)電纜設(shè)備。AD9853和AD8320共同完全滿足HFC返回路徑要求。

AD9853 CMOS數(shù)字調(diào)制器集成了高速轉(zhuǎn)換、直接數(shù)字頻率合成和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)。調(diào)制器架構(gòu)始終采用數(shù)字結(jié)構(gòu)，這在I/Q通道相位和幅度匹配以及長(zhǎng)期調(diào)制器穩(wěn)定性方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。AD9853通過(guò)兼容I 2 C的串行控制總線進(jìn)行編程和控制?；菊{(diào)制器模塊由一個(gè)輸入通道編碼器組成，該編碼器將輸入數(shù)據(jù)流格式化為所需的位圖星座和調(diào)制格式。數(shù)據(jù)流被解復(fù)用到I/Q通道數(shù)據(jù)路徑中，這些路徑經(jīng)過(guò)單獨(dú)的FIR濾波，為受控輸出突發(fā)斜坡提供所需的脈沖響應(yīng)特性。然后使用插值濾波器級(jí)將FIR濾波器的有效輸出數(shù)據(jù)速率與直接數(shù)字頻率合成器（DDS）的輸出采樣頻率相匹配，以實(shí)現(xiàn)頻率上變頻。AD9853采用先進(jìn)的DDS功能，可生成精確的正弦和余弦數(shù)字波形，與高速混頻器級(jí)中的脈沖形數(shù)據(jù)比特流混頻，并創(chuàng)建5-42 MHz調(diào)制載波。DDS還負(fù)責(zé)使設(shè)備具有高度的頻率捷變性;其 32 位調(diào)諧字功能使輸出端的調(diào)制載波能夠以 0.029 Hz 的分辨率進(jìn)行調(diào)諧。

高速加法器級(jí)將上變頻的數(shù)字I和Q數(shù)據(jù)相加，形成一條數(shù)據(jù)路徑，該路徑可通過(guò)高速10位D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬域。SINC濾波器用于“預(yù)補(bǔ)償”數(shù)據(jù)流，以實(shí)現(xiàn)高速D/A轉(zhuǎn)換器量化輸出功能的sinx/x滾降。AD9853的CMOS D/A轉(zhuǎn)換器級(jí)的專利架構(gòu)在55 MHz Aout時(shí)具有40 dB SFDR，可與昂貴且耗電的雙極性DAC提供的性能相媲美。

AD9853的一個(gè)關(guān)鍵系統(tǒng)成本節(jié)約特性是其×6參考時(shí)鐘乘法器電路，它基本上允許AD9853在內(nèi)部為DDS頻率合成器生成高速時(shí)鐘，從而節(jié)省用戶實(shí)現(xiàn)外部122 MHz參考時(shí)鐘（160 MHz載波應(yīng)用為65 MHz時(shí)鐘）的費(fèi)用和系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度。SFDR規(guī)格是在啟用低抖動(dòng)時(shí)鐘乘法器電路的情況下實(shí)現(xiàn)的。支持HFC 2路通信應(yīng)用要求的其他可編程功能包括前向糾錯(cuò)、數(shù)據(jù)加擾和前導(dǎo)碼字插入。這些是為在電纜調(diào)制解調(diào)器的可互操作實(shí)現(xiàn)中成功傳輸突發(fā)數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)傳輸而指定的功能。AD9853還具有輸出串行數(shù)據(jù)控制功能，可直接與電纜驅(qū)動(dòng)器放大器AD8320接口。該控制功能允許AD9853在突發(fā)傳輸序列中的適當(dāng)時(shí)間自動(dòng)使能AD8320，并允許電纜調(diào)制解調(diào)器的MAC功能通過(guò)AD9853的控制總線控制調(diào)制解調(diào)器的輸出功率。

圖2.AD9853數(shù)字調(diào)制器框圖

AD9853調(diào)制器輸出通過(guò)外部低通濾波器連接到AD8320可編程電纜驅(qū)動(dòng)器放大器的輸入端，這是抑制DAC采樣輸出產(chǎn)生的混疊鏡像所必需的。第一個(gè)鋸齒圖像出現(xiàn)在F采樣–F外，這就需要一個(gè)相當(dāng)銳利的截止低通濾波器功能?？梢栽贏D7和AD75之間實(shí)現(xiàn)一個(gè)廉價(jià)的9853極點(diǎn)橢圓形低通無(wú)源8320歐姆LC濾波器，以充分抑制HFC網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的輸出混疊。

圖3.數(shù)字可編程AD8320原理框圖 電纜驅(qū)動(dòng)器放大器。

AD8320是一款數(shù)字可編程電纜驅(qū)動(dòng)器放大器（采用雙極性IC工藝），可直接與75 Ω電纜工廠接口。它提供 36 dB 的可編程增益范圍，最大功率輸出電平為 >18 dBm （6.2 V），適用于 75 Ω 負(fù)載。AD8320的增益通過(guò)8位SPI串行控制字進(jìn)行控制。AD8320通過(guò)一組8個(gè)二進(jìn)制加權(quán)跨導(dǎo)（gm） 級(jí)，并聯(lián)連接到其各自的負(fù)載電阻。磁芯的總衰減由 g 的組合決定m由數(shù)據(jù)鎖存器選擇的階段。八克m級(jí)具有256個(gè)衰減級(jí)別，可提供動(dòng)態(tài)范圍為36 dB（?64 V/V滿量程）的線性增益函數(shù)。

在8320 Ω輸出功率電平為57 dBm時(shí)，AD2的諧波失真典型值為42 MHz輸出時(shí)為–54.65 dB，12 MHz輸出時(shí)諧波失真典型值為–75 dB。這種動(dòng)態(tài)性能支持通過(guò)HFC網(wǎng)絡(luò)提供有線電話和數(shù)據(jù)服務(wù)的要求。AD8320的輸出級(jí)具有75 Ω的動(dòng)態(tài)輸出阻抗。這允許器件輸出直接單端連接到CATV工廠，而無(wú)需后部端接，從而保留了使用傳統(tǒng)低輸出Z驅(qū)動(dòng)器放大器所需的6 Ω反向端接電阻會(huì)損失的75 dBm負(fù)載功率。事實(shí)上，AD8320在器件關(guān)斷期間的輸出端保持75 Ω阻抗，以最大限度地減少轉(zhuǎn)換期間的毛刺。這有助于最大限度地減少線路反射，并確保共享電纜連接的任何正向模式設(shè)備的正確濾波器操作。動(dòng)態(tài)75 Ω輸出阻抗的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它通過(guò)消除昂貴的GaAs開(kāi)關(guān)來(lái)顯著節(jié)省成本，否則需要該開(kāi)關(guān)來(lái)最小化過(guò)渡毛刺。

圖4.AD9853和AD8320在上游發(fā)射應(yīng)用中的應(yīng)用。

AD9853/AD8320芯片組組合為HFC上游發(fā)射功能提供集成芯片組提供最高的動(dòng)態(tài)性能。如圖5a所示，芯片組通常會(huì)向電纜工廠的雙工器濾波器提供信號(hào)，對(duì)于50 MHz 42 QAM調(diào)制載波，具有<16 dB的雜散抑制。圖5b和c顯示了16-QAM調(diào)制載波的典型眼圖和星座;該芯片組提供 <2% 的誤差電壓幅度 （EVM） 性能。I/Q相位不平衡通常小于10，由于全數(shù)字調(diào)制器方案?？捎玫碾娐钒錋D9853-45PCB有助于評(píng)估，其中包括AD9853、AD8320和45 MHz LP濾波器。

圖5.AD9853/AD8320芯片組性能，采用42MHz載波16-QAM調(diào)制@320 ksym/s。輸出光譜圖。b. 眼圖。c. 16-QAM星座。

總而言之，上游發(fā)射芯片組憑借其高水平的功能集成和最先進(jìn)的混合信號(hào)技術(shù)，如今為雙向HFC網(wǎng)絡(luò)提供了有效的硅解決方案，以幫助家庭消費(fèi)者迎來(lái)下一波信息資源。值得期待的發(fā)展包括緊湊型下游調(diào)諧器和解調(diào)器，以及最終的單芯片完整電纜調(diào)制解調(diào)器解決方案。

審核編輯：郭婷