介绍
   由于政府鼓励三网合一服务，CATV运营商正在快速扩张其网络与功能。与此同时，用户继续对服务供应商提出愈来愈多的要求——高速互联网、高清视频、清晰的电话语音服务。
    基于光纤同轴电缆混合网 (HFC) 的三网合一服务需要可靠的组件，不论是光学元件还是电子元件。光纤网络性能可靠、服务质量优异，凭借性能方面的显著改善获得了广泛的关注和赞誉，结果我们当然认为电子元件的可靠性同样重要。
实现高服务质量和可靠性
    目前使用的许多电子元件的设计与开发初衷都是为了用于模拟CATV系统。这些早期的电子元件经过优化可提供卓越的模拟TV信号，仍是现代HFC系统的基础。事实上，许多这类元件现在仍在使用。这些相同的HFC网络最初仅用于CATV系统，如今正在扩张以提供增强的三网合一服务，传输距离有了显著提高。这种服务和覆盖范围方面的急剧扩张增加了这些系统的复杂程度，给电子元件提出了更为严格的质量和可靠性要求。
    三网合一网络中的主要电子元件之一就是系统放大器。这些放大器用于提升整个网络中传往下游的信号 (图1)。有效提升信号需要微妙的平衡——提高功率水平以实现长距离覆盖范围，降低信号失真以保持画质，同时减少功耗以节约能源并降低运营成本。缺少这些电子元件的协作，三网合一服务就难以取得成功。

图1：CATV系统示意图说明了系统放大器的应用

     系统放大器由许多电子元件组成，其中最重要的器件之一就是线路放大器，它可以提供最终的放大级和绝大多数的信号提升。线路放大器同时会消耗大量功率，如果不能妥善解决，就会对三网合一网络的可靠性产生影响。由于承担着提供最终放大的重要作用，线路放大器很大程度上决定了网络的质量和可靠性。

线路放大器的设计考量
    设计质量优异、性能可靠的线路放大器需要遵照一定标准。开发线路放大器的元件技术以及制造工艺在确保质量和可靠性方面与设计技术同样重要。一开始，许多半导体公司的线路放大器都采用分立式设计。这些设计可以提供适合的性能，但是一致性差且难以量产。后来，随着技术、设计以及制造技术的不断改善，线路放大器设计成单片微波集成电路 (MMIC)。新的MMIC设计 (图2) 可以提升一致性、制造工艺以及可靠性，同时通过技术进步提高性能表现。MMIC设计的这些基本特点可以改善线路放大器，从而满足系统不断增加的性能要求和品质标准，又无需分立式设计的微调。自1996年以来，ANADIGICS利用砷化镓MESFET技术率先推出射频线路放大器单片微波集成电路 (MMIC) 设计。
    这些线路放大器在最近15年来一直作为行业标准。因为线路放大器可以产生长距离传输信号所需的高输出功率，它们会损失8到10瓦的功耗。这就需要大的散热器，以确保性能与可靠性，而这样就必须调整模块。此外，线路放大器MMIC不可现场维修，一旦出现故障，就必须替换整个系统放大器。

图2：系统放大器中的线路放大器MMIC

   开发混合线路放大器模块是为了提供常规机械尺寸并解决可能导致放大器过热的热管理问题。混合线路放大器模块的另一主要优点在于可以现场替换，因而这些系统放大器可以方便地在现场维修。图3比较了混合模块与MMIC线路放大器的尺寸和封装。

图3：射频线路放大器混合模块及MMIC

    出于这些原因，混合线路放大器模块目前在HFC网路系统放大器中非常普遍，而且全球有多家制造商可生产这种同时采用分立元件和MMIC的放大器模块。混合设计采用分立元件可以定制性能特点，例如复合三次差拍 (CTB)、复合二次差拍 (CSO)、交叉调制 (XOMD) 以及噪音系数失真，同时还可提供灵活的设计方案。然而，使用分立元件会因为生产差异而导致性能差异。采用分立式线路放大器，网络可靠性更加难以保证，因为系统放大器生产之前并未对单个元件的可靠性进行测试。线路放大器ESD保护和耐用性对于网络可靠性极为重要，而如果系统放大器设计采用MMIC线路放大器，便可提前测试元件。表1比较了MMIC线路放大器与分立式线路放大器的设计优点。

表1：分立式线路放大器与MMIC线路放大器

   多种技术均可改善分立元件线路放大器的ESD 保护和整体耐用性。这些技术可能会牺牲系统性能，带来更低的增益、更差的输入和输出反射损耗以及在更低频率引起增益滚降。图4 展示了影响系统性能和可靠性的混合模块的元件。输入与输出ESD 电路可以保护放大器，又不会降低性能，该线路放大器既可为分立元件，又可为MMIC。图5 表明混合线路放大器缺少合适的ESD 电路可能导致其电气性能下降，引起带宽减少或者降低系统速度。

   不过，只要设计采用优化输入ESD 保护，使用MMIC 的混合线路放大器模块就可以在不牺牲性能的同时提高ESD 保护。详情参见图5。MMIC 在输入和输出端均内置ESD 保护，并在组装前经过全面测试。额外的ESD 保护性能则来自混合电路内部。关键是基于MMIC 的混合模块优化了设计和性能，利用已知品质良好的MMIC 实现双重ESD 保护，从而提升可靠性。基于MMIC 的混合线路放大器的另一主要优点在于，相比分立元件其具有更佳的一致性。MMIC 还能简化并改善模块制造工艺，提高产量并减少元件数量，从而降低复杂度。

图5：混合线路放大器模块带和不带ESD 保护时的带宽

线路放大器技术
    线路放大器设计采用的半导体元件技术会随着设计方法共同发展。硅元件可以为运行速度可达770 MHz 的早期短距离模拟系统提供可靠的性能。网络运行速度最初已增至870MHz，现在更高达1 GHz，以便为更多电视频道以及三网合一服务提供额外带宽。这就要求使用砷化镓半导体元件，才能在更宽的频率范围内提高功率并改善信号质量。信号质量取决于放大器失真特性，而砷化镓的性能远高于硅 (Si)。因此，砷化镓MMIC 线路放大器在HFC 系统放大器中应用极为广泛，多年来已经成为最主要的元件技术之一。
    砷化镓MMIC 线路放大器历来以其卓越性能与可靠性而著称，现在我们可以通过线路放大器混合模块提供类似的性能，成功实现三网合一网络。此外，经过验证的技术加上全新的混合线路放大器设计和制造工艺，均有助于提高性能和可靠性。

    MMIC 经过验证的砷化镓技术确保线路放大器可以提供输出功率、增益以及线性度，且不会牺牲可靠性。尽管射频线路放大器同样采用其他多种技术，但仅有砷化镓MESFET 经过测试检验，过去25 年来已证明其耐用而可靠的流程技术。这种技术可靠性的关键指标之一就是平均无故障时间 (MTTF)。即使在125 摄氏度 (图6) 的极端温度下，砷化镓MESFET 技术的平均无故障时间仍在106 小时左右。这一标准实际上优于可以连续运行100 年，确保在正常运行情况下性能不会下降或过早出现故障。Predicted MTTF for GaAs MESFET Hybrid Line Amplifiers

图6：砷化镓MESFET 技术可提供极为出色的平均无故障时间 (MTTF)

    这表明就算工作温度达到85 摄氏度，砷化镓MESFET 线路放大器的性能仍然极为稳定、可靠，并可降低维护和运营成本。相比其他IC 技术，砷化镓MESFET 是兼具性能、成本和可靠性的最佳选择。硅技术的性能不够高，而HFET 或PHEMT 等其他砷化镓技术又无法提供相同等级的线性度和成本或者MESFET 技术的可靠性。这些MTTF 规格可以通过现场数据进行检验，而这些现场数据则显示其与耐用性和可靠性之间的直接联系。

线路放大器测试
    选择正确的IC技术并采取最好的设计方法，这样做虽然必要，但并非是确保整体系统性能与可靠性的充分标准。开发并制造这些元件时所采取的测试方法，是确保技术和设计确实有益于三网合一系统的关键。首先，必须要研究影响系统性能的线路放大器的关键参数。线路放大器的性能与全负载频谱相关，包括上文提及的CTB、CSO、XMOD以及噪音系数失真。这些标准性能衡量单位的定义参见表2，所需等级则取决于系统设计。三网合一系统可以满足系统因电视频道、视频点播及其他数据服务的数量，而对线路放大器带来的极端电气性能需求。额外的数据传输则需要系统以及线路放大器具有更好的线性度和失真，从而确保模拟电视频道保持出色的质量。

主要性能规格

    表2：主要性能规格包括CTB、CSO、XMOD和噪声系数

    第二，可靠性测试将有助于确保不间断运行。有几项关键测试可确保产品达到适当的可靠性，包括ESD、耐用性、振铃波和压力测试。这些测试引入了静电放电、电压尖峰以及持续高电流，以模拟严苛的环境和机械条件，例如电涌、雷击以及负载切换。这些测试很难进行，通常会永久性地损坏放大器，不论是MMIC还是混合模块，因此我们开发了特殊技术以确保这些部件的耐用性，而又不会损坏它们。这些关键测试和技术多数可以在MMIC组装到混合模块之前在MMIC上进行。这确保了混合模块能够达到更高的可靠性，而分立元件无法做到这一点。正是出于这一关键因素，我们推荐选择采用经过验证的MMIC设计和技术的混合线路放大器。

经过验证的良好记录
    尽管测试耐用性和性能非常重要，有关可靠性的许多参数很难与具体测试结果联系起来。必须通过额外的制造流程和设计技术确保长期、持续的结果。这些流程和技术经过长年的持续开发和不断完善，已经用于实现现有HFC 网络展示的结果。
     未来线路放大器性能的衡量标准之一就是展示开发和交付稳定产品的能力。例如，ANADIGICS 在过去15 年中已经交付了超过2,600 万枚射频线路放大器，其现场故障率低于2 ppm (图7)。为了达到这一优异的业务记录，ANADIGICS 利用了各种技术、设计、制造工艺及上述部分说明的测试最佳规范。

Cumulative Line Amplifier Shipments

图7：线路放大器累积出货量与RMA，充分说明了ANADICS 线路放大器的可靠性与耐用性

     我们认为，确保三网合一网络性能与可靠性的关键之一就是选择合适的供应商，这些供应商能够自主开发线路放大器MMIC 并使用砷化镓MESFET 工艺技术。我们建议您向潜在供应商询问有关混合线路放大器组成元件的详细信息，以便了解其在组装之前是否经过全面测试，是否混合部分及MMIC 均内置ESD 保护且不会牺牲性能。
这意味着什么？
    随着系统运营商不断完善其三网合一服务并扩大网络范围，必须重点关注能够助其获得成功的元件，这一点十分重要。射频线路放大器毫无疑问是三网合一基础设施中的重要元件，所以必须选择并指定可以提供可靠性能的线路放大器。因此，我们建议考虑线路放大器采用的技术和设计，确定您更倾向于MMIC 型还是混合型，选择基于经过验证的MMIC 技术的混合线路放大器，并坚持检查出货记录以及RMA 数据，以确定是否具有良好的业务记录。我们认为以下这些最佳规范有助于确保三网合一网络的可靠性能。

     更多有关ANADIGICS线路放大器产品的信息，请联系：sales@anadigics.com。