Традиционно усилители, используемые в кабельных ТВ-сетях, изготовлены на гибридных микросхемах, основанных на биполярной транзисторной технологии. В августе 1997 года фирма "Телесте" (Финляндия), первая в Европе, разработала широкополосные усилители, основанные на арсениде галлия (GaAs).

Традиционная технология биполярных транзисторов на основе кремния

Данная технология дает существенные преимущества, которые рассмотрены в настоящей статье.

Технология на основе арсенида галлия

Развитие гибридных волоконно-коаксиальных сетей доступа предъявляет все более высокие требования к характеристикам оптических приемников и широкополосных усилителей как с точки зрения линейности, так и с точки зрения выходного уровня. Это особенно актуально для высокоэтажной застройки городов стран СНГ.

Основной целью при этом является получение более высоких показателей CTB (Composite Tripple Beat).

По сравнению с существующими в настоящее время технологиями, используемыми в гибридных микросхемах, технология на основе арсенида галлия имеет несколько преимуществ. Наиболее важными являются превосходная частотная линейность и шумовые характеристики. Кроме того, гибридные микросхемы на основе арсенида галлия потребляют питания приблизительно на 15% меньше, чем их биполярные эквиваленты. Возросшая частотная линейность обеспечивает хорошие характеристики по неравномерности во всем спектре частот и замечательные показатели по искажениям, особенно СТВ. Новая серия гибридных микросхем имеет как power doubler (GaAs PD), так и push-pull (GaAs PP) версии.

На рис.1 показаны характеристики искажений СТВ различных усилителей, имеющих один и тот же выходной уровень. Кривая 1 — усилитель с биполярной Cascode power double гибридной микросхемой. Это была первая гибридная микросхема, построенная по технологии РР (push Pull), позволяющая работать с частотами до 860 МГц. Она используется с начала 90-х годов. Кривая 2 — введенный в конце 1996 г. cascode power doubler. Кривая 3 — гибрид GaAs push-pull, и 4 — GaAs power doubler. Расчетные характеристики CSO в GaAs усилителях такие же, как и в биполярных. Однако измерения в первой серии изделий показывают небольшое улучшение и CSO. Показатели шума в GaAs гибридных микросхемах также лучше, хотя общие показатели шума в усилителе в основном определяются входными каскадами.

Из рис. 1 видно, что характеристики искажений в GaAs усилителях схожи со стандартным биполярным PD гибридом. Это делает возможным разработку типа усилителей, соединяющих исполнение PD с потреблением питания как у PP (т.е. меньше на 50%).

Разница в ограниченном СТВ выходном уровне между GaAsс PD и стандартным PD усилителем составляет более 3 дБ. Следовательно, в распределительном усилителе можно использовать выходной уровень на 3 дБ выше и пассивно разделить выходной сигнал на 2. Это означает, что один GaAs усилитель может работать как два стандартных распределительных, что проиллюстрировано на рис. 2.

Несмотря на то, что стоимость GaAs усилителей выше, чем усилителей, выполненных на традиционной технологии, их применение может снизить удельную стоимость одного абонента кабельной сети за счет уменьшения количества усилителей, в частности, для внутридомовых распределительных сетей. Это можно проиллюстрировать следующим образом. Рассмотрим два типа усилителей со следующими характеристиками (см. табл. 1).

Примем выходные уровни усилителей для 42 каналов, исходя из предельного значения по CTB, т.е. для усилителя DXE 863 это значение составит 108.5 дБмкВ, а для DXE 853 GA — 113 дБмкВ соответственно.

Рассмотрим простой вариант распределительной сети (без оптимизации) и не будем учитывать потери в коаксиальном кабеле. Схема сети приведена на рис. 3. Предположим, что уровень сигнала на абонентском отводе должен составлять не менее 70 дБмкВ. Для упрощения расчетов используем в распределительной сети одинаковые ответвители со следующими характеристиками:

• потери на абонентском отводе — 20 дБ;
• потери на прямом проходе — 1.7 дБ.

При использовании усилителя DXE 853 уровень сигнала на абонентском отводе последнего ответвителя составит 71.5 дБмкВ, т.е. одного усилителя данного типа достаточно для 11 этажей или для 44 абонентов. При использовании усилителя DXE 853 GA уровень сигнала на абонентском отводе последнего ответвителя составит 70.9 дБмкВ, т.е. одного усилителя данного типа достаточно для 14 этажей или для 56 абонентов.

Примем цену усилителя DXE 853 равную 100 единицам. В этом случае удельная стоимость усилителя на одного абонента составит 100:44, или 2.27 единицы на абонента.

Примем, что стоимость GaAs усилителя приблизительно на 30 процентов выше, чем обычного, т.е. в нашем случае цена усилителя DXE 853 GA составит 130 единиц. Проведем вычисления, сделанные нами для усилителя DXE 853, и получим, что удельная стоимость GaAs усилителя составит 2.32 единицы на абонента (соотношение стоимостей усилителей — оценочное). На первый взгляд, экономически более выгодно использовать усилитель, выполненный по традиционной технологии, однако для 14-этажного здания нам придется установить два усилителя типа DXE 853. То есть в этом случае удельная стоимость данных усилителей составит:

100 * 2:44 = 4.54

Если провести полную оптимизацию распределительной сети с учетом затрат на кабели и различные номиналы пассивных элементов, то разница может оказаться более существенной.

Автор статьи просит учесть, что данные расчеты не заменяют проектирование кабельных сетей и применение того или иного типа усилителя будет зависеть от реальной ситуации.

При подготовке данной статьи использовались материалы, предоставленные фирмой Teleste.