DOCSIS 2.0の要件を満たすマキシムのケーブルアップストリームアンプの性能

2003年07月09日

要約

このアプリケーションノートは、MAX3514/3516ケーブルアップストリームアンプの測定性能を示しています。測定データには、第2高調波、第3高調波、出力電力対周波数、およびACPRが含まれています。DOCSIS 2.0を規格として使用しテストを実施した結果、アンプはすべての要件を満たすことがわかりました。

概要

アップストリームCATVアンプMAX3514/MAX3516がDOCSIS 2.0 PHYの要件に従っているかどうかをテストしました。テスト結果は、これらのICがDOCSIS 2.0の規格を満たすことを示しています。

DOCSIS 2.0

DOCSIS (Data-Over-Cable Service Interface Specification：データオーバケーブルサービスインタフェース仕様)は、高速データオーバケーブルシステム用のRFインタフェース仕様です。

DOCSIS 2.0は第3世代のDOCSIS仕様です。DOCSIS 2.0、DOCSIS 1.1、およびDOCSIS 1.0という用語は、3種類の仕様を表しています。

DOCSIS 2.0仕様は、主としてDOCSIS 1.0または1.1ベースのケーブルアクセスシステムのアップストリーム物理層での限定された性能を向上することを目的としています。2つの新しいMAC (medium access controller)管理メッセージのタイプが定義され、またいくつかの新しいパラメータエンコード方式が既存のMACメッセージで定義されています。DOCSIS 2.0のCMTS (Cable Modem Termination System：ケーブルモデム終端システム)は、所定のチャネル帯域幅でのアップストリームのスループットの増大、およびアップストリームで発生するノイズ耐性の向上を達成しています。DOCSIS 2.0 CMTSは、DOCSIS 1.0およびDOCSIS 1.1と下位互換性があります。

MAX3514/MAX3516は、CATVアップストリームアプリケーション用に設計されたプログラマブル利得アップストリームアンプの製品ファミリです。MAX3514/MAX3516は5MHz～65MHzの周波数範囲で動作し、最大+64dBmVのQPSK (MAX3516)を駆動します。入力と出力の両ポートが差動であるため、出力ポートに外付けバラン(平衡不平衡変成器)が必要となります。可変利得機能はSPI 3線インタフェースによって制御され、これにより、56dBを超えるダイナミックレンジが得られ(MAX3514/MAX3516)ます。利得は0.5dB単位(MAX3514/MAX3516)、または1dB単位(MAX3510)で制御できます。

測定

  • テストはすべて室温で実施
  • VCC = 5.0V
  • PIN = -13dBm (50Ωシステムで+34dBmVのチャネル電力)
  • 入力信号
    • QPSK変調(20b PRBS、ルートコサインフィルタα = 0.25)
    • 16 QAM変調(20b PRBS、ルートコサインフィルタα = 0.25)
    • 64 QAM変調(2b PRBS、ルートコサインフィルタα = 0.25)
  • 高電力モード
  • 入力ACPR -66dBc
  • 160kHzの測定帯域幅(200kHzのチャネル間隔)
  • 320kHzの測定帯域幅(400kHzのチャネル間隔)
  • 640kHzの測定帯域幅(800kHzのチャネル間隔)
  • 1280kHzの測定帯域幅(1600kHzのチャネル間隔)
  • 2560kHzの測定帯域幅(3200kHzのチャネル間隔)
  • 5120kHzの測定帯域幅(6400kHzのチャネル間隔)

補正および単位変換

  • 50Ωシステムにて、PIN/OUT (dBmV) = PIN/OUT (dBm) + 47dB
  • 75Ωシステムにて、PIN/OUT (dBmV) = PIN/OUT (dBm) + 49dB
  • MAX3514/MAX3516EVキットボードは出力に7.5dBの最小損失パッドがあるので、POUT (dBmV) = POUT (dBm) + 47dB + 7.5dB + ケーブル損失となる

テスト機器の一覧

(標準的なテストのセットアップについては、図1を参照)

  • 64 QAM信号を生成可能な信号発生器(RODHE & SCHWARZ SMIQ 06B)
  • スペクトラムアナライザ(RODHE & SCHWARZ FSEB)
  • パワーメータ(HP437B)
  • パワーセンサ(HP8482A)
  • 電源(Agilent E3632A)
  • DMM (HPE3631A)
図1. テスト機器のセットアップ
図1. テスト機器のセットアップ

結果

テスト信号：

変調 = 64
QAM α = 0.25
変調信号の中心周波数 = 22MHz
シンボルレート：160ksps、320ksps、640ksps、1280ksps、2560ksps、5120ksps

表1. MAX3514の第2および第3高調波対出力電力/周波数(+54dBmV～+58dBmV)

22MHz (160 ksps) Input (dBm) GCW Output (dBm) Output (dBmv) 2nd Harm (dBc) 3rd Harm (dBc)
-13 108 6.8 53.8 -61.7 -60.0
-13 110 7.8 54.8 -61.8 -60.0
-13 112 8.8 55.8 -61.9 -59.8
-13 114 9.8 56.8 -62.1 -59.4
-13 116 10.8 57.8 -62.3 -59.0
22MHz (320 ksps) Input (dBm) GCW Output (dBm) Output (dBmv) 2nd Harm (dBc) 3rd Harm (dBc)
-13 108 6.9 53.9 -61.0 -59.8
-13 110 7.9 54.9 -61.3 -59.7
-13 112 8.9 55.9 -61.4 -59.5
-13 114 9.9 56.9 -61.6 -59.2
-13 116 10.9 57.9 -61.7 -58.8
22MHz (640 ksps) Input (dBm) GCW Output (dBm) Output (dBmv) 2nd Harm (dBc) 3rd Harm (dBc)
-13 108 6.8 53.8 -59.8 -58.6
-13 110 7.8 54.8 -60.0 -58.6
-13 112 8.8 55.8 -60.2 -58.7
-13 114 9.8 56.8 -60.4 -58.6
-13 116 10.8 57.8 -60.6 -58.8
22MHz (1280 ksps) Input (dBm) GCW Output (dBm) Output (dBmv) 2nd Harm (dBc) 3rd Harm (dBc)
-13 109 7.1 54.1 -58.4 -58.0
-13 111 8.1 55.1 -58.8 -58.1
-13 113 9.1 56.1 -59.1 -58.1
-13 115 10.1 57.1 -59.2 -57.7
-13 117 11.0 58.0 -59.4 -57.4
22MHz (2560 ksps) Input (dBm) GCW Output (dBm) Output (dBmv) 2nd Harm (dBc) 3rd Harm (dBc)
-13 109 7.0 54.0 -56.1 -56.5
-13 111 8.0 55.0 -56.3 -56.9
-13 113 9.0 56.0 -56.6 -57.2
-13 115 10.0 57.0 -57.0 -57.3
-13 117 11.0 58.0 -57.2 -56.7
22MHz (5120 ksps) Input (dBm) GCW Output (dBm) Output (dBmv) 2nd Harm (dBc) 3rd Harm (dBc)
-13 109 7.1 54.1 -53.5 -54.6
-13 111 8.1 55.1 -54.1 -55.0
-13 113 9.1 56.1 -54.6 -55.1
-13 115 10.1 57.1 -54.9 -55.1
-13 117 11.1 58.1 -55.4 -55.3

表2. 2次および3次高調波でのDOCSIS 2.0仕様(57dBmV出力)
Modulation Rate (ksps) 160 320 640 1280 2560 5120
2nd order harmonics DOCSIS 2.0 Spec. (dBc) -47 -50 -50 -50 -50 -50
3rd order harmonics DOCSIS 2.0 Spec. (dBc) -47 -50 -50 -50 -50 -50

図2.
図2.

図3.
図3.

表3. MAX3516の第2高調波対出力電力/周波数(+57dBmV～+61dBmV)

22MHz (160 ksps) Input (dBm) GCW Output (dBm) Output (dBmv) 2nd Harm (dBc) 3rd Harm (dBc)
-13 108 10.0 57.0 -66.0 -60.7
-13 110 11.0 58.8 -66.5 -60.7
-13 112 12.0 59.0 -67.0 -59.7
-13 114 13.0 60.0 -67.7 -58.4
-13 116 14.0 61.0 -68.5 -56.5
22MHz (320 ksps) Input (dBm) GCW Output (dBm) Output (dBmv) 2nd Harm (dBc) 3rd Harm (dBc)
-13 108 10.0 57.0 -64.8 -60.3
-13 110 11.0 58.0 -65.1 -60.0
-13 112 12.0 59.0 -65.6 -59.1
-13 114 13.0 60.0 -66.3 -58.0
-13 116 14.0 61.0 -67.0 -56.4
22MHz (640 ksps) Input (dBm) GCW Output (dBm) Output (dBmv) 2nd Harm (dBc) 3rd Harm (dBc)
-13 108 10.0 57.0 -63.1 -59.8
-13 108 11.0 58.0 -63.4 -59.8
-13 110 12.0 59.0 -63.7 -59.1
-13 112 13.0 60.0 -64.4 -58.4
-13 114 14.0 61.0 -65.0 -56.6
22MHz (1280 ksps) Input (dBm) GCW Output (dBm) Output (dBmv) 2nd Harm (dBc) 3rd Harm (dBc)
-13 108 10.0 57.0 -61.2 -59.1
-13 110 11.0 58.0 -61.3 -59.0
-13 112 12.0 59.0 -61.8 -58.5
-13 114 13.0 60.0 -62.2 -57.5
-13 116 14.0 61.0 -62.7 -56.0
22MHz (2560 ksps) Input (dBm) GCW Output (dBm) Output (dBmv) 2nd Harm (dBc) 3rd Harm (dBc)
-13 108 9.8 56.8 -58.0 -57.7
-13 110 10.8 57.8 -58.5 -57.7
-13 112 11.8 58.8 -59.0 -57.4
-13 114 12.8 59.8 -59.5 -56.7
-13 116 13.8 60.8 -59.8 -55.6
22MHz (5120 ksps) Input (dBm) GCW Output (dBm) Output (dBmv) 2nd Harm (dBc) 3rd Harm (dBc)
-13 108 9.8 56.8 -55.3 -55.7
-13 110 10.8 57.8 -55.7 -55.8
-13 112 11.8 58.8 -56.0 -55.8
-13 114 12.8 59.8 -56.3 -55.4
-13 116 13.8 60.8 -56.7 -54.6

表4. 2次および3次高調波でのDOCSIS 2.0仕様(60dBmV出力)
Modulation Rate (ksps)
160
320
640
1280
2560
5120
2nd order harmonics DOCSIS 2.0 Spec. (dBc)
-47
-50
-50
-50
-50
-50
3rd order harmonics DOCSIS 2.0 Spec. (dBc)
-47
-50
-50
-50
-50
-50

図4.
図4.

図5.
図5.

表5. MAX3514 ACPR対出力電力/周波数

39MHz (160 ksps)
Input (dBm)
GCW
Output (dBm)
Output (dBmv)
ACPR (dBc)
-13
109
7.0
54.0
-55.5
-13
111
8.0
55.0
-54.4
-13
113
9.0
56.0
-53.2
-13
115
10.0
57.0
-52.0
-13
117
11.0
58.0
-50.9
39MHz (320 ksps)
Input (dBm)
GCW
Output (dBm)
Output (dBmv)
ACPR (dBc)
-13
109
7.0
54.0
-54.8
-13
111
8.0
55.0
-54.2
-13
113
9.0
56.0
-53.3
-13
115
10.0
57.0
-52.2
-13
117
11.0
58.0
-51.0
39MHz (640 ksps)
Input (dBm)
GCW
Output (dBm)
Output (dBmv)
ACPR (dBc)
-13
109
7.0
54.0
-53.9
-13
111
8.0
55.0
-53.3
-13
113
9.0
56.0
-52.1
-13
115
10.0
57.0
-51.4
-13
117
11.0
58.0
-50.2
39MHz (1280 ksps)
Input (dBm)
GCW
Output (dBm)
Output (dBmv)
ACPR (dBc)
-13
109
6.8
53.8
-52.2
-13
111
7.8
54.8
-51.6
-13
113
8.8
55.8
-50.8
-13
115
9.8
56.8
-50.0
-13
117
10.8
57.8
-48.6
39MHz (2560 ksps)
Input (dBm)
GCW
Output (dBm)
Output (dBmv)
ACPR (dBc)
-13
109
7.0
54.0
-49.3
-13
111
8.0
55.0
-48.4
-13
113
9.0
56.0
-48.0
-13
115
10.0
57.0
-47.1
-13
117
11.0
58.0
-46.3
39MHz (5120 ksps)
Input (dBm)
GCW
Output (dBm)
Output (dBmv)
ACPR (dBc)
-13
109
6.8
53.8
-46.2
-13
111
7.8
54.8
-45.6
-13
113
8.8
55.8
-45.1
-13
115
9.8
56.8
-44.3
-13
117
10.8
57.8
-43.5

表6. 隣接チャネル電力比のDOCSIS 2.0仕様
Modulation Rate (ksps)
160
320
640
1280
2560
5120
ACPR DOCSIS 2.0 SPec. (dBc)
-47
-47
-46
-45
-44
-42

表7. MAX3516 ACPR対出力電力/周波数
39MHz (160 ksps)
Input (dBm)
GCW
Output (dBm)
Output (dBmv)
ACPR (dBc)
-13
109
10.2
57.2
-52.0
-13
111
11.2
58.2
-50.9
-13
113
12.2
59.2
-49.4
-13
115
13.2
60.2
-47.8
-13
117
14.2
61.2
-46.0
39MHz (320 ksps)
Input (dBm)
GCW
Output (dBm)
Output (dBmv)
ACPR (dBc)
-13
108
9.9
56.9
-52.2
-13
110
10.8
57.8
-50.9
-13
112
11.8
58.8
-49.8
-13
114
12.8
59.8
-48.4
-13
116
13.8
60.8
-46.9
39MHz (640 ksps)
Input (dBm)
GCW
Output (dBm)
Output (dBmv)
ACPR (dBc)
-13
109
10.3
57.3
-50.7
-13
111
11.2
58.2
-49.8
-13
113
12.2
59.2
-48.7
-13 115 13.2 60.2 -47.3
-13 117 14.2 61.2 -45.7
39MHz (1280 ksps) Input (dBm) GCW Output (dBm) Output (dBmv) ACPR (dBc)
-13 109 10.1 57.1 -49.6
-13 111 11.0 58.0 -48.7
-13 113 12.1 59.1 -47.6
-13 115 13.0 60.0 -46.5
-13 117 14.0 61.0 -44.9
39MHz (2560 ksps) Input (dBm) GCW Output (dBm) Output (dBmv) ACPR (dBc)
-13 109 10.2 57.2 -46.7
-13 111 11.1 58.1 -46.0
-13 113 12.1 59.1 -45.0
-13 115 13.1 60.1 -43.8
-13 117 14.1 61.1 -42.6
39MHz (5120 ksps) Input (dBm) GCW Output (dBm) Output (dBmv) ACPR (dBc)
-13 109 10.2 57.2 -43.8
-13 111 11.2 58.2 -43.1
-13 113 12.2 59.2 -42.2
-13 115 13.2 60.2 -41.4
-13 117 14.2 61.2 -40.3

表8. 隣接チャネル電力比のDOCSIS 2.0仕様
Modulation Rate (ksps) 160 320 640 1280 2560 5120
ACPR DOCSIS 2.0 SPec. (dBc) -47 -47 -46 -45 -44 -42

図6.
図6.

図7.
図7.

結論

表1、3、5、7のテスト結果は、MAX3514/MAX3516がDOCSIS 2.0の規格を満たしていることを示しています。

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