CATV干线放大器的设计.docx
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CATV干线放大器的设计
**学院
课程设计报告
设计课题：
CATV干线放大器的设计
专业班级：
学生姓名：
指导教师：
设计时间：
**学院理工系
CATV干线放大器课程设计任务书
姓名：
专业：
班级：
指导教师：
职称：
课程设计题目：
CATV干线放大器
已知技术参数和设计要求：
电源AC20~30V，50Hz,34VA
（1）基本功能：
a、设计一个CATV干线放大器；
b、传输频带45~250MHz,输入输出阻抗75欧姆；标称输入电平72dBuV（250MHz）,77dBuV（45MHz）；标称输出电平92dBuV（250MHz）,85dBuV（45MHz）；标称增益20dBuV（250MHz）,8dBuV（45MHz）；
c、输出电平稳定度：
正负0.5dB；带内不平度：
正负0.5dB；噪声系数小于等于10dB；互调小于-76dB；交调小于-86dB；电压驻波比小于1.5dB；寄生辐射小于34dBuV
所需仪器设备：
MAX3510可编程功率放大器
成果验收形式：
参考文献：
[1]MAXIMMAX3510UpstreamCATVAmplifierDatasheet.
[2]BroadbandReturnSystemsforHydridFiber/CoaxCableTVNetworks
时间
安排
构思及收集资料2天，根据课题的技术指标，确定整体方案，并进行参数设计计算4天，
根据实验条件进行全部或部分电路安装与调试，并完成基本功能5天，总结编写课程设计报告3天
指导教师：
教研室主任：
2011年6月2日
摘要
MAX3510是MAXIM公司针对CATV宽带HFC网络回传通道专门设计的放大器芯片。
该芯片可产生64dbmV的输出电平，其增益可由三条串行数据线可编程控制。
尤为重要的是MAX3510可利用发送禁止模式在TDMA系统突发辐射噪声瞬间，关断输出级，有效地降低回传通道噪声，减少用户间干扰，增大小区系统容量，提高回传通道传输质量。
该芯片的推广应用对我国CATV宽带HFC网络传输质量提高有一定实用价值。
关键词：
CATV，HFC网络，回传通道，发送禁止模式
目录
一概述…………………………………………………………………………5
二方案设计与论证…………………………………………………………………5
三单元电路设计与参数计算………………………………………………………5
四总原理图及元器件清单…………………………………………………………8
五仿真与调试………………………………………………………………………8
六性能测试与分析…………………………………………………………………9
七结论………………………………………………………………………………9
八心得体会…………………………………………………………………………10
九参考文献…………………………………………………………………………10
一、概述
MAX3510是专为CATV上行应用设计的可编程功率放大器，通过一2:
1（电压比）变压器，可产生高达64dBmV的（连续波）输出。
增益可由三条串行数据线控制，步长1dB。
工作频带5MHz至65MHz。
MAX3510带有一个发送禁止模式，在TDMA系统的突发模式之间芯片处于高度隔离状态，在该模式下，输出级被关断，输出噪声最小。
当关闭或开启发送禁止模式时，整个增益范围内瞬态电平保持在7mV（典型值）。
另外，电源电流降至25mA。
芯片具有两种关机模式。
软件关机模式允许关闭所有的模拟电路但保持增益编程设置。
关机模式关闭所有电路，同时使电流消耗降至10μA以下。
MAX3510采用20脚的QSOP封装，从而扩大工业温度范围（-40℃~+85℃）。
二、方案设计与论证
1输出电路版图设计
MAX3510输出电路的不同设计方法有助于改善信号的衰减和失真，尤其对于二次谐波失真。
失真改善的程度主要依赖于整个电路幅度和相位的平衡性。
必须要使连接输出管脚的引线严格等长。
2电源版图设计
为使IC的各部分耦合最小，最理想的电源版图设计是采用星形结构。
这种结构在中心电源节点具有一个大容量去耦电容，从该节点引出的电源分支分别连接到MAX3510电路中各个分立的电源节点，在这些线路的末端又接有一个对目标频率阻抗很小的去耦电容。
这种布局能够在每个电源管脚上都提供低耦合的本地电源。
电源走线应该根据实际情况尽可能做的粗些，这样以便保持其阻值在1Ω以下。
地线电感会加剧信号失真，因此若有可能的话，接地面与GND1和GND2的连接应通过多过孔方式实现。
三、单元电路设计与参数计算
1、可编程增益放大器
可编程增益放大器（PGA）包含可变增益放大器（VGA）和数模转换器（DAC），在1dB的增益控制步长下提供高于52dB的输出电平。
PGA相当于一可编程吉尔伯特衰减器，它运用不同的结构达到最大线性。
PGA的增益由（D5—D0）六位码字决定，这些码字可通过串行数据接口（见表2表3）实现编程。
特定的性能可通过差分输入来实现。
同时，设备也可由单端来输入，但在较低的输出电平下可能会造成偶次失真的细微增加，如果用这种方式驱动设备，其中的一个输入管脚必须通过电容耦合到地。
选择一容值足够大的电容，以使在工作的最低频段相当于一个到地的低阻抗通路。
在工作电平最低至5MHz时，建议采用一0.001µF的电容。
2、功率放大器
功率放大器是一个可以驱动+64dBmV输出的甲类差分放大器，这种结构提供优异的偶次失真性能，但需要采用一个转换器转化成单终端的输出。
在发送禁止模式，功放被禁止，一个内部电阻跨接到输出端口，所以当放大器在发送禁止模式时，输出阻抗仍然匹配。
为实现适当的负载水平，功率放大器的输出阻抗为300Ω，要将该输出阻抗匹配到75Ω的负载，则采用的变压器必须满足2:
1的转换比率（电压比）（4:
1阻抗比）。
差分放大器利用输出变压器的中心抽头直接从+5V的电源实现偏置，这为发送模式和发送禁止模式间的切换提供非常有意义的好处，存储能量由于偏置电流而在变压器中被中和，同时也防止了切换的瞬时电平到达负载。
3、斜率发生器
斜率发生器电路是一个简单的RC充电回路，用来调整功率放大器输出的功率升高和减小。
它由CEXT1和一个内部2KΩ的电阻组成，CEXT1的选择由突发周期的持续时间决定，CEXT1必须足够小以能够在一个突发周期内实现完全的充放电。
CEXT1的一个典型值为0.0033µF。
4、串行接口
串行接口通过一低电平有效
来支配数据，在SCLK的上升沿数据首先与MSB同步，在
的上升沿数据被存入锁存器。
串行接口控制PGA的状态，表2和表3列出了寄存器格式，串行接口的时序由图2给出。
5、PGA偏置单
PGA偏置单元由引脚控制，当该引脚置低，可编程增益放大器和串行数据接口被关闭，所有存储在串行数据接口寄存器的增益设置将会丢失，功率放大器不受PGA偏置单元影响，因此TXEN必须保持低电平至关机模式，该模式使电源电流降低至1µA以下。
6、功能模式
MAX3510具有四种功能模式，通过串行接口或外部引脚（表3）来控制：
发送模式、发送禁止模式、软件关机模式以及关机模式。
发送模式
发送模式是MAX3510常规的活动模式，在该模式下，TXEN引脚必须保持为高，同时
也必须为高。
发送禁止模式
在发送禁止模式下，功率放大器被完全关闭，该模式通过将TXEN置低同时保持
为高而触发。
该模式主要用于TDMA系统的数据突发周期，瞬态电平由变压器平衡的效果来控制。
软件关机模式
软件关机模式在D7=0、TXEN为低时被启动，该模式最小化电流消耗同时保持存储在串行数据接口寄存器中的编程增益设置。
在该模式下，所有模拟功能都被关闭，电流消耗降至2mA以下。
关机模式
在常规操作下，关机引脚保持为高。
当和TXEN同时置低，芯片内所有的电路将被关闭，在该状态下只有泄漏电流的流动，串行数据接口寄存器中的存储数据将被丢失，电流降至1µA。
四、总原理图及元器件清单
1．总原理图
2．元件清单
元件序号
型号
主要参数
数量
备注
1
MAX3509
1
2
CAP
1000pF
2
3
CAP
4700pF
2
4
CAP
0.1uF
4
5
Transformer
1
5、仿真与调试
为匹配MAX3510的输出到75Ω负载，需要一2:
1（电压比）的变压器，同时该变压器必须具有适合目标应用的足够带宽。
输出级的偏置通过变压器初级的中心抽头来提供，这大大减少了当在发送模式和发送禁止模式间切换时开/关瞬时电平在输出端的出现。
商业应用的变压器通常在半绕线圈和达到实质的瞬时电平衰减间作适当的平衡。
最后，还必须记住变压器铁芯的感应系数随温度成比例的变化。
如果应用需要低的温度极限（小于0°C），适当的一次绕组电感必须用来维持在温度降低时的低频输出性能。
通常当现代RF变压器具有足够的带宽时，这将不成为一个问题。
6、性能测试与分析
为达到额定性能，MAX3510的输入必须相应采用适当的输入标准，其差分输入阻抗大约为1.5kΩ。
许多应用需要在设备前加一低通滤波器，滤波器的设计将指定终端电阻的取值，将该负载阻抗跨接到AC-coupled输入引脚（见典型工作电路）。
当加载一个34dBmV的输入信号，MAX3510具有足够的增益产生60dBmV（CW通过一个2：
1变压器）的输出电平，通过该输入电平达到额定性能。
当加载较低的输入电平，最大输出电平将会适当降低同时输出线性度增加。
如果使用高于34dBmV的输入电平，三阶交调性能将会略有下降。
如果采用一个单端源输入MAX3510，其中的一个输入端口必须通过一电容耦合到地，该电容值必须足够大，以使在应用的最低频段相当于一个短路电路。
例如在5MHz，电源阻抗75Ω时，一0.1µF的电容将能满足要求。
7、结论
CATV网络中放大器的主要作用是补偿电缆对传输信号所造成的损耗，根据电缆的传输特性和温度特性，放大器内设置了自动增益控制电路（AGC）、自动斜率控制电路（ASC）和温度补偿电路。
放大器的输入电平大小由载噪比（C/N）指标来确定，放大器的输出电平则由组合三次失真（CTB）指标来确定，放大器的增益则由串接的级数来定。
放大器的工作方式有输出全倾斜方式、平坦输出方式、半倾斜输出方式三种，现在大多数主干放大器都是半倾斜输出方式的，而楼层放大器多是平坦输出方式的。
放大器的调整主要包括两个方面，一是电平的调整，二是均衡的调整。
一般是先调整斜率再调整电平。
如果放大器采用导频控制模块（ALC）则要合理选取高低端的导频信号，一般来说低端的导频信号是利用低端信号的视频载波频率，高端的导频信号是利用高端信号的视频载波频率。
如果放大器采用温度补偿模块则要注意该模块所标定的温度补偿范围和该模块的控制量，然后根据这两个参数设置好余量值以便调试。
8、心得体会
通过做CATV干线放大器的设计，使我对有线电视的调试、作用以及日常维护情况都有所了解，在不断查资料的过程中，让我对有线电视放大器产生了极大的兴趣，开拓了我的视野，增强了我的能力，并使我对本专业有了更清楚的认识。
九、参考文献
[1]MAXIMMAX3510UpstreamCATVAmplifierDatasheet.2001.9：
12-19
[2]BroadbandReturnSystemsforHydridFiber/CoaxCableTVNetworks2001.（9）：
12-15
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