X-Amp ™, egy új, 45 dB, 500 MHz-es változó erősítésű erősítő (VGA) egyszerűsíti az adaptív vevőkészülék kialakítását

Bevezetés A vezeték nélküli kommunikációs berendezések tervezése általában a stratégiai jellánc meghatározásával és elemzésével kezdődik. A zajdiagramot (NF), a linearitást, a torzítást és a dinamikus tartományt mind a termékfejlesztési ciklus korai szakaszában figyelembe kell venni, hogy megfelelően azonosíthassuk a jelút minden elemére vonatkozó alkatrészspecifikációkat. A jellánc-költségvetés-elemzés lehetővé teszi a tervezők számára, hogy gyorsan kiválassza az összetevőket, elemezze és összehasonlítsa a figyelembe vett tervezési architektúrák teljesítményét. A kihívás nagyobb a mobilkommunikációs rendszerekben, ahol különös figyelmet kell fordítani az RF és IF jelblokkokhoz kapcsolódó spektrális szelektivitásra, linearitásra és zajmechanizmusokra. A vevőegységek úgy tervezhetők, hogy adaptív érzékenységet biztosítsanak a bejövő jelerősséghez azáltal, hogy az alacsonyabb IF-frekvenciákon változó erősítést alkalmaznak, ahol könnyebb manipulálni a kívánt jelet. A legtöbb spektrális ápolás (frekvencia alakítás és szűrés) általában az alacsonyabb IF-frekvenciákon valósul meg, ahol nagyon keskeny sávú áteresztő szűrők könnyen megvalósíthatók SAW-eszközök, kristályok és passzív, csomózott elemű RLC-szűrőhálózatok használatával. A precíz csatornaválasztás után az automatikus erősítésszabályozó (AGC) áramkör használható a vett jel kívánt szintre skálázására. Az AGC használata olyan vevőkialakítást eredményez, amelynek érzékenysége a vett jel erősségétől függően változik. Az adaptív érzékenység csökkenti az elhalványuló csatornás mobil környezetekben rejlő távolság hatásait. A szükséges dinamikatartomány és zajteljesítmény biztosításához gyakran nagy teljesítményű, változtatható erősítésű erősítőkre van szükség. Háttér A változó erősítésű erősítőket (VGA) több mint fél évszázada használják különféle távérzékelési és kommunikációs berendezésekben. Az ultrahangtól, radartól, lidartól a vezeték nélküli kommunikációig – és még a beszédelemzésig is – változó erősítést alkalmaztak az alkalmazások a dinamikus teljesítmény fokozására. A korai tervezések az erősítést úgy érték el, hogy fix erősítésű erősítő fokozatokat kapcsoltak be a vevő érzékenységének bináris módon történő beállításához. A későbbi megvalósítások lépéscsillapítókat, majd fix erősítésű erősítőket használtak a diszkrét erősítés szabályozásának szélesebb tartományának elérése érdekében. A modern kialakítások folyamatos feszültségvezérelt erősítést biztosítanak analóg technikák alkalmazásával, például feszültségváltozó csillapítókkal (VVA), analóg szorzókkal és erősítés-interpolátorokkal. Ábra 1. Tipikus változó erősítésű architektúrák. Különféle architektúrákat használnak mind a folyamatos, mind a diszkrét változó erősítés szabályozására. Az olyan alkalmazásokhoz, mint például az automatikus erősítésszabályozás, gyakran folyamatos analóg erősítésszabályozásra van szükség. A legegyszerűbb kialakítások analóg szorzót használnak, majd ezt követik a fix erősítésű puffererősítők. Az ilyen kialakítások gyakran nemlineáris erősítésszabályozó funkciót tartalmaznak, amely kalibrálást igényel. Ezenkívül a szorzómagok hőmérséklet- és tápfeszültség-függésekben szenvednek, ami rossz erősítési törvényi pontosságot és stabilitást, valamint elfogadhatatlan nagyfrekvenciás erősítési ingadozást eredményezhet. Az előerősítő/csillapító/utóerősítő architektúrát használó konstrukciók alacsony zajszintű működést és jó sávszélességet biztosítanak, de általában meglehetősen alacsony bemeneti harmadrendű intercepttel (IIP3) rendelkeznek, ami korlátozza a nagy dinamikatartományú vevőkészülékekben való teljesítményüket. . A megoldások másik osztálya feszültségváltozó csillapítókat, majd fix erősítésű utóerősítést alkalmaz. A VVA-k pontos csillapításátviteli függvényt tudnak biztosítani, amely dB-ben lineáris, de gyakran szükséges több VVA kaszkádolása a megfelelő csillapítási tartomány biztosítása érdekében. A kaszkádolás megnövekedett érzékenységet eredményez a csillapítási átviteli függvény változásaira. Néha szükség van a jel előerősítésére, hogy a jelforrást puffereljük a VVA terhelési hatásaitól, valamint csökkentsük a csillapító hatását a zajra. Az alacsony zajszint eléréséhez szükséges nagy erősítés csökkentett bemeneti harmadrendű elfogást eredményez. Ábra 2. Az AD8367 X-Amp VGA felépítése. Az AD8367 X-AMP VGA AGC-vel Az X-AMP architektúra, amely tíz évvel ezelőtt az AD600 és AD602 Analog Devices-ből (Analog Dialogue 26-2, 1992) keletkezett, lehetővé teszi a lineáris dB-ben erősítési funkciót, amely lényegében hőmérséklettől független. Tartalmaz egy rezisztív létrahálózatot, valamint egy erősen lineáris erősítőt és interpolátor fokozatot, hogy folyamatos lineáris dB-ben erősítés-szabályozást biztosítson. Az AD8367 (2. ábra) az X-AMP VGA-k legújabb generációja. Tervezése egy új, extragyors komplementer-bipoláris folyamaton (XFCB2.0) valósult meg, amely mérsékelt erősítést biztosít több száz MHz-ig, és jobb linearitást biztosít magasabb frekvenciákon, mint az eddigi hagyományos félvezetős feldolgozásnál. Amint a 2. ábra mutatja, a bemeneti jel egy földreferencia 9 fokozatú R-nR rezisztív létrahálózatra kerül, amelyet úgy terveztek, hogy 5 dB-es csillapítási fokozatokat állítson elő a leágazási pontok között. A sima erősítés szabályozást a leágazási pontok változó transzkonduktivitású (gm) fokozatokkal történő érzékelésével érik el. Az erősítésszabályozó feszültségtől függően egy interpolátor választja ki, hogy mely fokozatok legyenek aktívak. Például, ha az első fokozat aktív, a 0 dB-es leágazási pontot érzékeli; ha az utolsó fokozat aktív, a 45 dB-es pontot érzékeli. A leágazási pontok közé eső csillapítási szintek úgy érhetők el, hogy a szomszédos gm fokozatok egyidejűleg aktívak, így a diszkrét leágazási pont csillapítások súlyozott átlaga jön létre. Ily módon egy sima, monoton, lineáris csillapítási függvény dB-ben nagyon pontos skálázással szintetizálódik. Az ideális lineáris dB-ben átviteli függvény a következőképpen fejezhető ki: (1) ahol MY az erősítési skála (meredeksége), általában dB/V-ban kifejezve, tipikusan 50 dB/V (vagy 20 mV/dB) BZ az erősítési metszéspont dB-ben, jellemzően –5 dB-ben, a VGAIN extrapolált erősítése = 0 V. A VGAIN az erősítésvezérlő feszültség Az AD8367 alapvető csatlakozási vázlata, erősítési átviteli funkciója és tipikus erősítés-hiba mintája a 3. ábrán látható, amelyen az erősítési átviteli függvény 50 dB/V meredeksége és –5 dB metszéspontja látható egy erősítésen. vezérlőfeszültség tartomány 50 mV ≤ VGAIN ≤ 950 mV. Az eszköz lehetővé teszi az erősítési meredekség megfordítását a MODE tű egyszerű tűszíjjával. Az inverz erősítési mód kényelmes az automatikus erősítésszabályozási (AGC) alkalmazásokban, ahol az erősítésvezérlő funkció egy hibaintegrátorból származik, amely összehasonlítja az észlelt kimeneti teljesítményt egy előre meghatározott alapjel szinttel. A négyzettörvényű detektor és a chipbe integrált hibaintegrátor lehetővé teszi az eszköz önálló AGC alrendszerként történő használatát. Ábra 3. Alapvető AD8367 VGA alkalmazásáramkör és erősítésvezérlő átviteli funkció, amely a tipikus hibákat mutatja különböző hőmérsékleteken. Egy tipikus önálló AGC áramkör látható a 4. ábrán, valamint annak időtartománybeli válasza egy 10 dB-es bemeneti feszültséglépésre. Ebben a példában a jelbemenet egy 70 MHz-es szinuszos, és a bemenete –17 és –7 dBm között (200 ohm) lépésmodulált. A kimeneti jel teljesítményét feszültségként méri a belső négyzettörvény detektor, és összehasonlítja egy belső 354 mV effektív referenciaértékkel. Az érzékelő kimenete egy külső kondenzátorral, CAGC-vel integrált áram. A CAGC kondenzátoron kialakuló feszültség a GAIN érintkezőt hajtja az erősítés csökkentése vagy növelése érdekében. A hurok akkor stabilizálódik, amikor a kimeneti jelszint effektív értéke egyenlővé válik a belső 354 mV-os referenciaértékkel. Ha a bemeneti jel kisebb, mint 354 mV effektív, a DETO érintkező elnyeli az áramot, ami csökkenti a feszültséget a GAIN érintkezőn. Amint a bemeneti jel 354 mV effektív érték fölé emelkedik, a DETO láb áramforrást eredményez, ami a GAIN érintkező feszültségének növekedését okozza. Az inverz erősítési mód szükséges ebben az alkalmazásban annak biztosítására, hogy az erősítés csökkenjen, ha a bemeneti jel effektív értéke meghaladja a belső referenciaértéket. Az eredményül kapott feszültség a GAIN érintkezőre (VAGC) vételi jelerősség jelzésként (RSSI) használható, amely a bemeneti jel erősségét mutatja a 354 mV-os effektív referenciajelhez képest. Szinuszos hullámforma esetén ez 1 V pp kimeneti jelet eredményez 200 ohmos terhelésnél. Ábra 4. Alapvető AD8367 AGC alkalmazás áramkör és időtartomány válasz 70 MHz-en. Jellánc-elemzés Egy modern szuperheterodin architektúra látható az 5. ábrán. Az AD8367-et a vételi (Rx) úton használják a teljes vevőerősítés adaptív beállítására az RF jelszint változásával. Az adási (Tx) útvonalon az AD8367 egy RF teljesítményérzékelővel együtt használatos a kívánt kimeneti teljesítményszint fenntartása érdekében. Ábra 5. Szuperheterodin architektúra VGA-kkal az IF szint szabályozására. A VGA-kat a köztes frekvencia fokozatokban használják a vevő általános érzékenységének adaptív beállítására és az átviteli teljesítményszint szabályozására. Figyelembe véve a vételi útvonalat, az általános érzékenység és a dinamikatartomány a jelút költségvetési elemzésével értékelhető. Ebben a példában egy PCS-CDMA jelet választottunk, 1 MHz-es zajsávszélességgel. Az AD8367 IF VGA kimenetétől visszafelé haladva elemezhető a bemeneti érzékenység és a dinamikatartomány. A 6. ábra egy részletes költségvetési elemzést mutat be a vevő bemenetétől az IF VGA kimenetéig. Ábra 6. Rx útvonal költségvetési elemzése 1900 MHz-es CDMA-hoz 70 MHz-es IF-vel. A fenti példában az AD8367 vezérli a vett jelszinteket az I&Q demodulátor előtt. Az AD8367 egy példa a VGA-ra, amely változó csillapítást, majd utóerősítőt használ. Ez a VGA-stílus lényegében állandó OIP3-at és az erősítés beállításától függően változó zajszintet mutat. Az AD8367 minimális zajszintet biztosít maximális erősítéssel és maximális bemeneti harmadrendű elfogást minimális erősítéssel. Ez az egyedülálló kombináció lehetővé teszi a vevő érzékenységének és bemeneti linearitásának dinamikus szabályozását a vett jel erőssége alapján. Az AD8367 (az adatlapokért és további információkért kattintson erre a linkre) –40 és +85°C közötti túlmelegedés jellemzi, és egy 14 ólmból álló vékonyra zsugorított kis körvonalú csomagolásba (TSSOP) van csomagolva. Egyetlen 3-5 voltos tápról működik. A készülék –3 dB működési sávszélessége 500 MHz; adatlapja pedig részletes specifikációkat tartalmaz az általános IF-frekvenciákon – például 70 MHz, 140 MHz, 190 MHz és 240 MHz. Ha a cikk PDF vagy nyomtatott változatát olvassa, látogasson el a www.analog.com oldalra az adatlap letöltéséhez vagy minták kéréséhez. Az AD8367 általában raktárról elérhető, és egy értékelőtábla is rendelkezésre áll. Köszönetnyilvánítás Az innovatív AD8367-et Barrie Gilbert és John Cowles tervezte.

Hagyjon üzenetet 

Üzenetlista