X-Amp ™, новий 45-дБ, 500-МГц підсилювач зі змінним коефіцієнтом посилення (VGA) спрощує конструкцію адаптивного приймача

Вступ Проектування обладнання для бездротового зв'язку зазвичай починається зі визначення та аналізу стратегічного ланцюга сигналів. Показник шуму (NF), лінійність, спотворення та динамічний діапазон - все це необхідно враховувати на ранній стадії циклу розробки продукту, щоб належним чином визначити специфікації компонентів для кожного елемента на шляху сигналу. Аналіз бюджету ланцюга сигналів дозволяє дизайнерам швидко вибирати компоненти, аналізувати та порівнювати ефективність архітектур, що розглядаються. Завдання є ще більшим у системах мобільного зв'язку, де особливу увагу потрібно приділити спектральній вибірковості, лінійності та механізмам шуму, пов'язаним з блоками сигналів ВЧ та ПЧ. Приймачі можуть бути сконструйовані таким чином, щоб забезпечувати адаптивну чутливість до сили вхідного сигналу, використовуючи змінний коефіцієнт підсилення на нижчих частотах ПЧ, де легше маніпулювати цікавим сигналом. Більшість спектральних доглядів (формування частоти та фільтрація) мають тенденцію реалізовуватись на нижчих частотах ПЧ, де дуже вузькосмугові прохідні фільтри можуть бути легко реалізовані за допомогою пристроїв з ПЗВ, кристалів та мереж фільтрувальних мереж з пасивними елементами RLC. Після точного вибору каналу можна використовувати схему автоматичного регулювання посилення (AGC) для масштабування прийнятого сигналу до потрібного рівня. Використання AGC дає конструкцію приймача, чутливість якого змінюється залежно від сили прийнятого сигналу. Адаптивна чутливість зменшує наслідки відстані, властиві мобільним середовищам із затухаючими каналами. Високопродуктивні підсилювачі зі змінним підсиленням часто необхідні для забезпечення необхідного динамічного діапазону та шумових характеристик. Передумови Підсилювачі зі змінним коефіцієнтом підсилення (VGA) використовуються у різноманітному обладнанні для дистанційного зондування та зв'язку більше півстоліття. Застосування, починаючи від ультразвуку, радіолокатора, лідара, закінчуючи бездротовим зв'язком - і навіть аналізом мови - використовували змінний коефіцієнт підсилення, намагаючись підвищити динамічні показники. Ранні конструкції досягали вибору коефіцієнта підсилення шляхом включення каскадів підсилювача з фіксованим підсиленням для бінарного регулювання чутливості приймача. У більш пізніх реалізаціях для досягнення більш широкого діапазону контролю дискретного посилення використовувалися ступінчасті атенюатори, а потім підсилювачі з фіксованим коефіцієнтом підсилення. Сучасні конструкції досягають безперервного регульованого напругою посилення, використовуючи аналогові методи, такими засобами, як аттенюатори зі змінною напругою (VVA), аналогові множники та інтерполятори посилення. Малюнок 1. Типові архітектури зі змінним коефіцієнтом підсилення. Різноманітні архітектури зазвичай використовуються для забезпечення як безперервного, так і дискретного управління змінним підсиленням. Такі програми, як автоматичне регулювання посилення, часто вимагають безперервного аналогового регулювання посилення. Найпростіші конструкції використовують аналогові множники, за якими слідують буферні підсилювачі з фіксованим коефіцієнтом підсилення. Такі конструкції часто передбачають функцію контролю нелінійного посилення, яка вимагає калібрування. Крім того, сердечники мультиплікатора страждають від температурних та подавальних напруг, що може призвести до поганої точності та стабільності закону посилення, а також до неприйнятних змін високих частот. Конструкції, які використовують архітектури попереднього підсилювача/атенюатора/постпідсилювача, можуть забезпечити роботу з низьким рівнем шуму та хорошу пропускну здатність, але мають тенденцію мати досить низький рівень перехоплення третього порядку (IIP3), що обмежує їх здатність працювати у приймачах з високим динамічним діапазоном. . Інший клас рішень використовує атенюатори зі змінною напругою, за якими слідує постпідсилення з фіксованим підсиленням. VVA можуть забезпечити точну передавальну функцію ослаблення, яка є лінійною за дБ, але часто доводиться каскадувати декілька VVA, щоб забезпечити адекватний діапазон затухання. Каскад призводить до підвищеної чутливості до змін передавальної функції загасання. Іноді виникає необхідність попереднього посилення сигналу для буферизації джерела сигналу від ефектів навантаження VVA, а також для зменшення впливу аттенюатора на показник шуму. Високий коефіцієнт підсилення, необхідний для отримання низького рівня шуму, призводить до зменшення вхідного перехоплення третього порядку. Малюнок 2. Архітектура AD8367 X-Amp VGA. AD8367 X-AMP VGA з AGC Архітектура X-AMP, що виникла десять років тому з аналоговими пристроями AD600 та AD602 (аналоговий діалог 26-2, 1992), дозволяє функцію управління посиленням у лінійних дБ, що є, по суті, незалежно від температури. Він містить резистивну драбинчасту мережу разом з високолінійним підсилювачем та інтерполяторним каскадом для забезпечення безперервної функції управління посиленням у дБ. AD8367 (Малюнок 2)-це останнє покоління відеокарт X-AMP. Його конструкція реалізована на новому надзвичайно швидкому доповнювальному біполярному процесі (XFCB2.0), який забезпечує помірний коефіцієнт посилення до сотень МГц та покращену лінійність на більш високих частотах, ніж раніше, доступна зі звичайною обробкою напівпровідників. Як показано на малюнку 2, вхідний сигнал подається до наземної 9-ступінчастої резистивної мережі R-nR, спроектованої для створення 5-дБ кроків ослаблення між точками відведення. Плавне регулювання посилення досягається шляхом визначення точок дотику зі ступенями зі змінною транспровідністю (гм). Залежно від напруги управління посиленням, інтерполятор вибирає, які каскади активні. Наприклад, якщо перша ступінь активна, точка дотику 0 дБ визначається; якщо активна остання стадія, визначається точка 45 дБ. Рівні ослаблення, які потрапляють між точками дотику, досягаються за рахунок одночасного активування сусідніх етапів gm, створюючи середньозважене значення дискретних ослаблень точки дотику. Таким чином, синтезується плавна, монотонна, функція загасання лінійного в дБ з дуже точним масштабуванням. Ідеальна лінійно-в-дБ передавальна функція може бути виражена як: (1) де MY-шкала посилення (нахил), зазвичай виражена в дБ/В, зазвичай 50 дБ/В (або 20 мВ/дБ) BZ-перехоплення посилення в дБ, зазвичай –5 дБ, екстрапольоване посилення для VGAIN = 0 В. VGAIN-це напруга управління посиленням Основні схеми з'єднання AD8367, функція передачі посилення та типова схема коефіцієнта посилення-помилки проілюстровані на малюнку 3, де показано нахил функції передачі коефіцієнта підсилення 50 дБ/В і –5-дБ, перехоплений за коефіцієнт підсилення- діапазон керуючої напруги 50 мВ ≤ VGAIN ≤ 950 мВ. Пристрій дозволяє змінити нахил коефіцієнта посилення за допомогою простого штифтового ремінця контакту MODE. Режим зворотного посилення зручний у додатках з автоматичним регулюванням посилення (AGC), де функція контролю посилення виводиться з інтегратора помилок, який порівнює виявлену вихідну потужність із заздалегідь визначеним рівнем заданого значення. Детектор квадратного закону та інтегратор помилок, інтегровані на чіпі, дозволяють використовувати пристрій як автономну підсистему AGC. Малюнок 3. Базова прикладна схема AD8367 VGA та передавальна функція контролю посилення, що показує типові помилки при різних температурах. Типова автономна схема АРУ ​​показана на малюнку 4 разом з її реакцією в часовій області на крок вхідної напруги 10 дБ. У цьому прикладі вхідним сигналом є синусоїда 70 МГц, а його вхід кроково модулюється від –17 до –7 дБм (посилання на 200 Ом). Потужність вихідного сигналу вимірюється як напруга за допомогою внутрішнього детектора квадратного закону і порівнюється з внутрішнім значенням середньоквадратичного значення 354 мВ. Виходом детектора є струм, який інтегрується за допомогою зовнішнього конденсатора CAGC. Напруга, що розвивається на конденсаторі CAGC, приводить штифт GAIN для зменшення або збільшення коефіцієнта посилення. Шлейф стабілізується, коли середньоквадратичне значення рівня вихідного сигналу стає рівним внутрішньому еталону 354 мВ. Коли вхідний сигнал менше 354 мВ середньоквадратичного значення, контакт DETO зменшує струм, що зменшує напругу на висновку GAIN. Зі збільшенням вхідного сигналу вище 354 мВ середньоквадратичного значення контактний штифт DETO викликає струм, що викликає збільшення напруги на висновку GAIN. У цьому додатку потрібен режим зворотного посилення, щоб гарантувати, що коефіцієнт посилення зменшується, коли середньоквадратичне значення вхідного сигналу перевищує внутрішнє опорне значення. Отримана напруга, що подається на висновок GAIN, VAGC, може бути використана як індикація сили прийнятого сигналу (RSSI), що представляє силу вхідного сигналу порівняно з середньоквадратичним значенням 354 мВ. Для синусоїдальної форми хвилі це призводить до вихідного сигналу 1 В в pp для навантаження 200 Ом. Малюнок 4. Основна схема застосування АРУ AD8367 та відгук у часовій області на частоті 70 МГц. Аналіз ланцюгів сигналів Сучасна супергетеродинна архітектура зображена на малюнку 5. AD8367 використовується на шляху прийому (Rx) для адаптивного регулювання загального посилення приймача при зміні рівня радіочастотного сигналу. У трасі передачі (Tx) AD8367 використовується разом з детектором радіочастотної потужності для підтримки бажаного рівня вихідної потужності. Малюнок 5. Архітектура супергетеродина з використанням VGA для контролю рівня ПЧ. VGA використовуються на проміжних частотних етапах для адаптивного регулювання загальної чутливості приймача та контролю рівня переданої потужності. З огляду на шлях прийому, загальну чутливість та динамічний діапазон можна оцінити за допомогою аналізу бюджету шляху сигналу. Для цього прикладу був вибраний сигнал PCS-CDMA з використанням смуги частот 1 МГц. Працюючи назад від виходу AD8367 IF VGA, можна аналізувати вхідну чутливість та динамічний діапазон. На малюнку 6 представлений детальний аналіз бюджету від входу приймача до виходу IF VGA. Малюнок 6. Аналіз бюджету шляху Rx для CDMA на 1900 МГц з ПЧ на 70 МГц. У наведеному вище прикладі регулятори AD8367 приймали рівні сигналу до демодулятора I&Q. AD8367 є прикладом VGA, який використовує змінне послаблення, а потім підсилювач після посилення. Цей стиль VGA буде демонструвати по суті постійний OIP3 і показник шуму, який змінюється залежно від налаштування посилення. AD8367 забезпечує мінімальний показник шуму при максимальному коефіцієнті підсилення та максимальне вхідне перехоплення третього порядку при мінімальному посиленні. Ця унікальна комбінація дозволяє динамічно контролювати чутливість приймача та вхідну лінійність на основі сили прийнятого сигналу. AD8367 (клацніть на цьому посиланні для отримання технічних характеристик та додаткової інформації) характеризується температурою від –40 до +85 ° C і упаковується в 14-провідний тонкоусадочний пакет з невеликими контурами (TSSOP). Працює від одного живлення від 3 до 5 вольт. Пристрій має робочу смугу –3 дБ 500 МГц; та його технічний опис містить докладні специфікації на загальних частотах ПЧ, таких як 70 МГц, 140 МГц, 190 МГц та 240 МГц. Якщо ви читаєте PDF або друковану версію цієї статті, відвідайте www.analog.com, щоб завантажити технічний опис або надіслати запит на зразки. AD8367 зазвичай доступний зі складу, а також оціночна плата. Подяка Інноваційний AD8367 був розроблений Баррі Гілберт та Джоном Коулзом.

Залишити повідомлення 

список повідомлень