X-Amp™, un nou amplificator cu câștig variabil (VGA) de 45 dB, 500 MHz, simplifică designul de receptor adaptiv

Introducere Proiectarea echipamentelor de comunicații fără fir începe de obicei cu definirea și analiza strategică a lanțului de semnal. Figura de zgomot (NF), liniaritatea, distorsiunea și intervalul dinamic trebuie luate în considerare într-un stadiu incipient al ciclului de dezvoltare a produsului pentru a identifica în mod corespunzător specificațiile componente pentru fiecare element din calea semnalului. Analiza bugetului lanțului de semnale permite proiectanților să selecteze rapid componentele, să analizeze și să compare performanța arhitecturilor de proiectare luate în considerare. Provocarea este mai mare în sistemele de comunicații mobile, unde o atenție specială trebuie acordată selectivității spectrale, liniarității și mecanismelor de zgomot asociate cu blocurile de semnal RF și IF. Receptoarele pot fi proiectate pentru a oferi sensibilitate adaptivă la puterea semnalului de intrare prin utilizarea câștigului variabil la frecvențele IF inferioare, unde este mai ușor să manipulați semnalul de interes. Majoritatea îngrijirii spectrale (formarea și filtrarea frecvenței) tinde să fie implementate la frecvențele IF inferioare, unde filtrele de trecere în bandă foarte îngustă pot fi realizate cu ușurință prin utilizarea dispozitivelor SAW, a cristalelor și a rețelelor de filtre RLC cu elemente aglomerate pasive. După selectarea precisă a canalului, circuitele de control automat al câștigului (AGC) pot fi utilizate pentru a scala semnalul recepționat la nivelul dorit. Utilizarea AGC produce un design de receptor a cărui sensibilitate variază, în funcție de puterea semnalului primit. Sensibilitatea adaptivă reduce efectele distanței inerente mediilor mobile cu canale de decolorare. Amplificatoarele de înaltă performanță cu câștig variabil sunt adesea necesare pentru a oferi intervalul dinamic necesar și performanța de zgomot. Context Amplificatoarele cu câștig variabil (VGA) au fost folosite într-o varietate de echipamente de teledetecție și comunicații de mai bine de o jumătate de secol. Aplicații, de la ultrasunete, radar, lidar până la comunicații fără fir – și chiar analiza vorbirii – au folosit câștig variabil în încercarea de a îmbunătăți performanța dinamică. Proiectele timpurii au realizat selecția câștigului prin comutarea etajelor de amplificare cu câștig fix pentru a regla sensibilitatea receptorului într-un mod binar. Implementările ulterioare au folosit atenuatoare în trepte urmate de amplificatoare cu câștig fix pentru a obține o gamă mai largă de control discret al câștigului. Proiectele moderne realizează un câștig continuu controlat de tensiune, utilizând tehnici analogice, prin mijloace precum atenuatoarele variabile de tensiune (VVA), multiplicatori analogici și interpolatori de câștig. Figura 1. Arhitecturi tipice cu câștig variabil. O varietate de arhitecturi sunt utilizate în mod obișnuit pentru a oferi atât control continuu, cât și discret al câștigului variabil. Aplicații precum controlul automat al câștigului necesită adesea un control continuu al câștigului analogic. Cele mai simple modele utilizează multiplicatori analogici urmați de amplificatoare tampon cu câștig fix. Astfel de proiecte implică adesea o funcție de control a câștigului neliniar care necesită calibrare. În plus, nucleele multiplicatoare suferă de dependențe de temperatură și tensiune de alimentare care pot avea ca rezultat o precizie și o stabilitate slabe ale legii câștigului, precum și o variație inacceptabilă a câștigului de înaltă frecvență. Design-urile care utilizează arhitecturi de pre-amplificator/atenuator/post-amplificator pot oferi o funcționare cu zgomot redus și o lățime de bandă bună, dar tind să aibă interceptarea de ordin al treilea (IIP3) de intrare destul de scăzută, limitând capacitatea lor de a funcționa în receptoare cu gamă dinamică înaltă. . O altă clasă de soluții utilizează atenuatoare variabile de tensiune, urmate de post-amplificare cu câștig fix. VVA-urile pot oferi o funcție de transfer de atenuare precisă, care este liniară în dB, dar este adesea necesară cascada mai multor VVA pentru a oferi un interval de atenuare adecvat. Cascada are ca rezultat o sensibilitate crescută la variațiile funcției de transfer de atenuare. Uneori este necesar să preamplificați semnalul pentru a tampona sursa de semnal de la efectele de încărcare ale VVA, precum și pentru a reduce influența atenuatorului asupra zgomotului. Câștigul mare necesar pentru a produce o cifră de zgomot redusă are ca rezultat o interceptare de intrare de ordinul al treilea scăzută. Figura 2. Arhitectura AD8367 X-Amp VGA. AD8367 X-AMP VGA cu AGC Arhitectura X-AMP, originară în urmă cu zece ani cu Analog Devices AD600 și AD602, (Analog Dialogue 26-2, 1992), permite o funcție de control a câștigului liniar în dB, care este în esență independent de temperatură. Acesta cuprinde o rețea de scară rezistivă, împreună cu un amplificator foarte liniar și o etapă de interpolare, pentru a oferi o funcție continuă de control al câștigului liniar în dB. AD8367 (Figura 2) este cea mai recentă generație de X-AMP VGA. Designul său este implementat pe un nou proces extra-rapid-complementar-bipolar (XFCB2.0) care oferă un câștig moderat la sute de MHz și o liniaritate îmbunătățită la frecvențe mai mari decât cele disponibile până acum cu procesarea semiconductoare convențională. Așa cum arată Figura 2, semnalul de intrare este aplicat unei rețele de scări rezistive R-nR în 9 trepte cu referință la sol, proiectată pentru a produce pași de atenuare de 5 dB între punctele de atingere. Controlul fluid al câștigului este obținut prin detectarea punctelor de conectare cu etape de transconductanță variabilă (gm). În funcție de tensiunea de control a amplificării, un interpolator selectează ce trepte sunt active. De exemplu, dacă prima etapă este activă, punctul de atingere de 0 dB este detectat; dacă ultima etapă este activă, se detectează punctul de 45 dB. Nivelurile de atenuare care se încadrează între punctele de conectare sunt atinse prin activarea simultană a etajelor gm vecine, creând o medie ponderată a atenuărilor discrete ale punctelor de conectare. În acest fel, este sintetizată o funcție de atenuare lină, monotonă, liniară în dB, cu scalare foarte precisă. Funcția ideală de transfer liniar în dB poate fi exprimată ca: (1) unde MY este scala de câștig (panta) exprimată de obicei în dB / V, de obicei 50 dB / V (sau 20 mV / dB) BZ este interceptarea câștigului în dB, de obicei –5 dB, câștigul extrapolat pentru VGAIN = 0 V. VGAIN este tensiunea de control a amplificării Conexiunea de bază a conexiunii AD8367, funcția de transfer a câștigului și modelul tipic de amplificare-eroare sunt ilustrate în Figura 3, arătând panta funcției de transfer a câștigului de 50 dB/V și interceptarea –5 dB pe un câștig- domeniul de tensiune de control de 50 mV ≤ VGAIN ≤ 950mV. Dispozitivul permite inversarea pantei câștigului printr-o simplă bandă a pinului MODE. Modul de câștig invers este convenabil în aplicațiile de control automat al câștigului (AGC), în care funcția de control a câștigului este derivată dintr-un integrator de erori, care compară puterea de ieșire detectată cu un nivel predeterminat al punctului de referință. Un detector cu drept pătrat și un integrator de erori, integrat pe cip, permit ca dispozitivul să fie utilizat ca subsistem AGC autonom. Figura 3. Circuit de aplicație AD8367 VGA de bază și funcție de transfer pentru controlul câștigului, care arată erori tipice la diferite temperaturi. Un circuit AGC autonom tipic este prezentat în Figura 4, împreună cu răspunsul său în domeniul timpului la un pas de tensiune de intrare de 10 dB. În acest exemplu, intrarea semnalului este o sinusoidă de 70 MHz, iar intrarea sa este modulată în trepte de la –17 la –7 dBm (referit la 200 ohmi). Puterea semnalului de ieșire este măsurată ca tensiune de detectorul intern cu drept pătrat și comparată cu o referință internă de 354 mV rms. Ieșirea detectorului este un curent, care este integrat folosind un condensator extern, CAGC. Tensiunea dezvoltată pe condensatorul CAGC acționează pinul GAIN pentru a reduce sau crește câștigul. Bucla este stabilizată atunci când valoarea rms a nivelului semnalului de ieșire devine egală cu referința internă de 354 mV. Când semnalul de intrare este mai mic de 354 mV rms, pinul DETO absorb curentul, ceea ce reduce tensiunea la pinul GAIN. Pe măsură ce semnalul de intrare crește peste 354 mV rms, pinul DETO generează curent, determinând creșterea tensiunii la pinul GAIN. Modul de câștig invers este necesar în această aplicație pentru a se asigura că câștigul scade atunci când valoarea RMS a semnalului de intrare depășește referința internă. Tensiunea rezultată aplicată pinului GAIN, VAGC, poate fi utilizată ca indicație de putere a semnalului recepționat (RSSI), reprezentând puterea semnalului de intrare în comparație cu o referință de 354 mV rms. Pentru o formă de undă sinusoidală, rezultă un semnal de ieșire de 1-V pp pentru o sarcină de 200 ohmi. Figura 4. Circuitul de aplicare AD8367 AGC de bază și răspunsul în domeniul timpului la 70 MHz. Analiza lanțului de semnal O arhitectură superheterodină modernă este descrisă în Figura 5. AD8367 este utilizat în calea de recepție (Rx) pentru a ajusta adaptiv câștigul general al receptorului pe măsură ce nivelul semnalului RF se modifică. În calea de transmisie (Tx), AD8367 este utilizat împreună cu un detector de putere RF pentru a menține nivelul dorit de putere de ieșire. Figura 5. Arhitectură superheterodină folosind VGA-uri pentru controlul nivelului IF. VGA-urile sunt utilizate în treptele de frecvență intermediară pentru a ajusta sensibilitatea generală a receptorului în mod adaptiv și pentru a controla nivelurile de putere transmise. Luând în considerare calea de recepție, sensibilitatea generală și intervalul dinamic pot fi evaluate utilizând analiza bugetului traseului semnalului. Pentru acest exemplu a fost selectat un semnal PCS-CDMA, folosind o lățime de bandă de zgomot de 1 MHz. Lucrând înapoi de la ieșirea AD8367 IF VGA, sensibilitatea la intrare și intervalul dinamic pot fi analizate. Figura 6 reprezintă o analiză bugetară detaliată de la intrarea receptorului la ieșirea IF VGA. Figura 6. Analiza bugetului traseului Rx pentru CDMA de 1900 MHz cu un IF de 70 MHz. În exemplul de mai sus, AD8367 controlează nivelurile semnalului primit înainte de demodulatorul I&Q. AD8367 este un exemplu de VGA care utilizează atenuare variabilă urmată de un amplificator post-amplificare. Acest stil de VGA va prezenta în esență un OIP3 constant și o cifră de zgomot care variază în funcție de setarea câștigului. AD8367 oferă o cifră minimă de zgomot la câștig maxim și interceptare maximă de ordinul trei la intrare la câștig minim. Această combinație unică permite controlul dinamic al sensibilității și liniarității de intrare a unui receptor, pe baza puterii semnalului primit. AD8367 (faceți clic pe acest link pentru fișe tehnice și informații suplimentare) este caracterizat la o temperatură de peste -40 până la + 85 ° C și este ambalat într-un pachet cu contur mic, cu 14 plumburi, subțire, redus (TSSOP). Funcționează cu o singură sursă de 3 până la 5 volți. Dispozitivul are o lățime de bandă de operare –3-dB de 500 MHz; și fișa sa de date oferă specificații detaliate la frecvențele IF comune, cum ar fi 70 MHz, 140 MHz, 190 MHz și 240 MHz. Dacă citiți versiunea PDF sau tipărită a acestui articol, vă rugăm să vizitați www.analog.com pentru a descărca fișa de date sau pentru a solicita mostre. AD8367 este disponibil în mod normal din stoc și este disponibilă și o placă de evaluare. Mulțumiri Inovatorul AD8367 a fost proiectat de Barrie Gilbert și John Cowles.

Lăsaţi un mesaj 

Lista de mesaje