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
V_CC = 5.0V
P_IN = -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、P_IN/OUT (dBmV) = P_IN/OUT (dBm) + 47dB
75Ωシステムにて、P_IN/OUT (dBmV) = P_IN/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、P_OUT (dBmV) = P_OUT (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

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 (160ksps)	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 (320ksps)	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 (640ksps)	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 (1280ksps)	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 (2560ksps)	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 (5120ksps)	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

図2.

図3.

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

22MHz (160ksps)	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 (320ksps)	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 (640ksps)	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 (1280ksps)	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 (2560ksps)	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 (5120ksps)	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5.

表5. MAX3514 ACPR対出力電力/周波数

39MHz (160ksps)	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 (320ksps)	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 (640ksps)	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 (1280ksps)	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 (2560ksps)	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 (5120ksps)	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. 邻信道功率比的DOCSIS 2.0规范
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 (160ksps)
39MHz (160ksps)	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 (320ksps)	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 (640ksps)	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 (1280ksps)	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 (2560ksps)	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 (5120ksps)	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