X-Amp ™, новый усилитель с переменным усилением (VGA) на 45 дБ, 500 МГц упрощает адаптивные конструкции приемников

Введение Проектирование оборудования беспроводной связи обычно начинается со стратегического определения и анализа сигнальной цепи. Коэффициент шума (NF), линейность, искажения и динамический диапазон - все это необходимо учитывать на ранней стадии цикла разработки продукта, чтобы правильно определить спецификации компонентов для каждого элемента на пути прохождения сигнала. Анализ бюджета сигнальной цепи позволяет разработчикам быстро выбирать компоненты, анализировать и сравнивать производительность рассматриваемых проектных архитектур. Проблема более серьезна в системах мобильной связи, где особое внимание необходимо сосредоточить на спектральной избирательности, линейности и механизмах шума, связанных с блоками сигналов РЧ и ПЧ. Приемники могут быть спроектированы так, чтобы обеспечивать адаптивную чувствительность к силе входящего сигнала за счет использования переменного усиления на более низких частотах ПЧ, где легче манипулировать интересующим сигналом. Большая часть спектрального выравнивания (формирование частоты и фильтрация) имеет тенденцию реализовываться на более низких частотах ПЧ, где очень узкополосные пропускающие фильтры могут быть легко реализованы за счет использования устройств на ПАВ, кристаллов и сетей RLC-фильтров с сосредоточенными элементами. После точного выбора канала можно использовать схему автоматической регулировки усиления (АРУ) для масштабирования принимаемого сигнала до желаемого уровня. Использование АРУ позволяет создать приемник, чувствительность которого зависит от мощности принимаемого сигнала. Адаптивная чувствительность снижает влияние расстояния, присущее мобильной среде с каналом с замираниями. Усилители с регулируемым усилением с высокими характеристиками часто необходимы для обеспечения необходимого динамического диапазона и шумовых характеристик. Предпосылки Усилители с переменным усилением (VGA) используются в разнообразном оборудовании для дистанционного зондирования и связи более полувека. В различных приложениях, от ультразвука, радара, лидара до беспроводной связи и даже анализа речи, используется переменное усиление в попытке улучшить динамические характеристики. Ранние разработки обеспечивали выбор усиления путем включения каскадов усилителя с фиксированным усилением для настройки чувствительности приемника двоичным образом. В более поздних реализациях использовались ступенчатые аттенюаторы, за которыми следовали усилители с фиксированным усилением для достижения более широкого диапазона дискретной регулировки усиления. В современных конструкциях достигается непрерывное усиление, управляемое напряжением, с использованием аналоговых методов, таких как аттенюаторы с переменным напряжением (VVA), аналоговые умножители и интерполяторы усиления. Рисунок 1. Типичные архитектуры с переменным усилением. Для обеспечения непрерывного и дискретного управления усилением обычно используются различные архитектуры. Такие приложения, как автоматическая регулировка усиления, часто требуют непрерывной аналоговой регулировки усиления. В наиболее простых конструкциях используются аналоговые умножители, за которыми следуют буферные усилители с фиксированным усилением. Такие конструкции часто включают нелинейную функцию управления усилением, которая требует калибровки. Кроме того, ядра умножителей страдают от температурных зависимостей и зависимостей от напряжения питания, что может привести к плохой точности и стабильности закона усиления, а также к недопустимым колебаниям усиления на высоких частотах. Конструкции, в которых используются архитектуры предварительного усилителя / аттенюатора / постусилителя, могут обеспечить работу с низким уровнем шума и хорошую полосу пропускания, но, как правило, имеют довольно низкий уровень перехвата третьего порядка на входе (IIP3), что ограничивает их способность работать в приемниках с высоким динамическим диапазоном. . В другом классе решений используются аттенюаторы с регулируемым напряжением, за которыми следует постусиление с фиксированным усилением. VVA может обеспечить точную передаточную функцию затухания, линейную в дБ, но часто необходимо каскадировать несколько VVA, чтобы обеспечить адекватный диапазон затухания. Каскадирование приводит к повышенной чувствительности к изменениям передаточной функции затухания. Иногда необходимо предварительное усиление сигнала для защиты источника сигнала от нагрузочного воздействия VVA, а также для уменьшения влияния аттенюатора на коэффициент шума. Высокое усиление, необходимое для получения низкого коэффициента шума, приводит к уменьшению входного интервала пересечения третьего порядка. Рисунок 2. Архитектура AD8367 X-Amp VGA. AD8367 X-AMP VGA с AGC Архитектура X-AMP, зародившаяся десять лет назад с Analog Devices AD600 и AD602 (Analog Dialogue 26-2, 1992), допускает функцию линейного управления усилением в дБ, которая, по сути, является не зависит от температуры. Он состоит из резистивной лестничной схемы, а также высоколинейного каскада усилителя и интерполятора для обеспечения непрерывной линейной по дБ функции регулировки усиления. AD8367 (рис. 2) - последнее поколение VGA X-AMP. Его конструкция реализована на основе нового сверхбыстрого-комплементарно-биполярного процесса (XFCB2.0), который обеспечивает умеренное усиление до сотен МГц и улучшенную линейность на более высоких частотах, чем это было до сих пор при традиционной обработке полупроводников. Как показано на рисунке 2, входной сигнал подается на заземленную 9-каскадную резистивную лестничную цепь R-nR, предназначенную для создания ступенчатого затухания 5 дБ между точками ответвлений. Плавная регулировка усиления достигается за счет определения точек ответвления каскадами с переменной крутизной (gm). В зависимости от напряжения управления усилением интерполятор выбирает, какие каскады активны. Например, если первая ступень активна, определяется точка отвода 0 дБ; если активна последняя ступень, определяется точка 45 дБ. Уровни затухания, которые попадают между точками ответвления, достигаются за счет одновременной активности соседних каскадов gm, создавая средневзвешенное значение затуханий в дискретных точках ответвления. Таким образом синтезируется плавная, монотонная, линейная по дБ функция ослабления с очень точным масштабированием. Идеальная передаточная функция с линейной зависимостью в дБ может быть выражена как: (1) где MY - шкала усиления (крутизна), обычно выражаемая в дБ / В, обычно 50 дБ / В (или 20 мВ / дБ); BZ - точка пересечения коэффициента усиления. в дБ, обычно –5 дБ, экстраполированное усиление для VGAIN = 0 В. VGAIN - это напряжение управления усилением. Базовая схема подключения AD8367, передаточная функция усиления и типичная диаграмма отклонения коэффициента усиления показаны на рисунке 3, на котором показан наклон передаточной функции усиления 50 дБ / В и пересечение –5 дБ по сравнению с коэффициентом усиления. диапазон управляющего напряжения 50 мВ ≤ VGAIN ≤ 950 мВ. Устройство позволяет изменять крутизну усиления с помощью простой перемычки штыря MODE. Режим обратного усиления удобен в приложениях с автоматической регулировкой усиления (АРУ), где функция регулировки усиления выводится из интегратора ошибок, который сравнивает обнаруженную выходную мощность с заранее определенным уровнем уставки. Квадратичный детектор и интегратор ошибок, встроенные в кристалл, позволяют использовать устройство в качестве автономной подсистемы АРУ. Рисунок 3. Базовая прикладная схема AD8367 VGA и передаточная функция регулировки усиления, показывающие типичные ошибки при различных температурах. Типичная автономная схема АРУ ​​показана на рисунке 4 вместе с ее откликом во временной области на скачок входного напряжения 10 дБ. В этом примере входной сигнал представляет собой синусоиду 70 МГц, а его вход ступенчато модулируется от –17 до –7 дБмВт (относительно 200 Ом). Мощность выходного сигнала измеряется как напряжение внутренним квадратичным детектором и сравнивается с внутренним эталонным значением 354 мВ (среднеквадратичное значение). На выходе детектора подается ток, который интегрируется с помощью внешнего конденсатора CAGC. Напряжение, возникающее на конденсаторе CAGC, управляет выводом GAIN для уменьшения или увеличения усиления. Контур стабилизируется, когда среднеквадратичное значение уровня выходного сигнала становится равным внутреннему опорному напряжению 354 мВ. Когда входной сигнал меньше 354 мВ среднеквадратичного значения, вывод DETO потребляет ток, что снижает напряжение на выводе GAIN. Когда входной сигнал увеличивается выше 354 мВ (среднеквадратичное значение), вывод DETO генерирует ток, вызывая повышение напряжения на выводе GAIN. В этом приложении требуется режим обратного усиления, чтобы гарантировать, что усиление уменьшается, когда действующее значение входного сигнала превышает внутреннее опорное значение. Результирующее напряжение, приложенное к выводу GAIN, VAGC, можно использовать в качестве индикатора уровня принимаемого сигнала (RSSI), представляющего мощность входного сигнала по сравнению со среднеквадратичным эталонным значением 354 мВ. Для синусоидальной формы сигнала это приводит к выходному сигналу с размахом 1 В для нагрузки 200 Ом. Рисунок 4. Базовая прикладная схема АРУ ​​AD8367 и отклик во временной области на 70 МГц. Анализ сигнальной цепи Современная супергетеродинная архитектура изображена на рисунке 5. AD8367 используется в тракте приема (Rx) для адаптивной регулировки общего усиления приемника при изменении уровня радиосигнала. В тракте передачи (Tx) AD8367 используется вместе с детектором мощности RF для поддержания желаемого уровня выходной мощности. Рисунок 5. Супергетеродинная архитектура с использованием VGA для управления уровнем ПЧ. VGA используются на промежуточных частотах для адаптивной регулировки общей чувствительности приемника и для управления уровнями передаваемой мощности. Учитывая тракт приема, общую чувствительность и динамический диапазон можно оценить с помощью анализа бюджета тракта сигнала. Для этого примера был выбран сигнал PCS-CDMA с шириной полосы шума 1 МГц. Работая в обратном направлении от выхода AD8367 IF VGA, можно проанализировать входную чувствительность и динамический диапазон. На рисунке 6 представлен подробный анализ бюджета от входа приемника до выхода ПЧ VGA. Рисунок 6. Анализ бюджета пути приема для CDMA 1900 МГц с ПЧ 70 МГц. В приведенном выше примере AD8367 управляет уровнями принимаемого сигнала до демодулятора I&Q. AD8367 является примером VGA, в котором используется переменное затухание, за которым следует усилитель после усиления. Этот стиль VGA будет демонстрировать по существу постоянный OIP3 и коэффициент шума, который изменяется в зависимости от настройки усиления. AD8367 обеспечивает минимальный коэффициент шума при максимальном усилении и максимальный входной сигнал пересечения третьего порядка при минимальном усилении. Эта уникальная комбинация позволяет динамически управлять чувствительностью приемника и линейностью входного сигнала в зависимости от мощности принимаемого сигнала. AD8367 (щелкните по этой ссылке, чтобы получить листы данных и дополнительную информацию) характеризуется повышенными температурами от –40 до + 85 ° C и упакован в 14-выводной корпус с тонкой усадкой и малым контуром (TSSOP). Он работает от одного источника питания от 3 до 5 В. Устройство имеет рабочую полосу пропускания –3 дБ в 500 МГц; а в его техническом паспорте приведены подробные спецификации для распространенных частот ПЧ, таких как 70 МГц, 140 МГц, 190 МГц и 240 МГц. Если вы читаете PDF-версию или печатную версию этой статьи, посетите www.analog.com, чтобы загрузить технические данные или запросить образцы. AD8367 обычно доступен на складе, также доступна оценочная плата. Благодарности Инновационный AD8367 был разработан Барри Гилбертом и Джоном Коулзом.

Оставить сообщение 

Список сообщений