X-Amp ™, en ny 45-dB, 500-MHz variabel förstärkare (VGA) förenklar anpassade mottagardesigner

Inledning Design av trådlös kommunikationsutrustning börjar vanligtvis med strategisk signalkedjedefinition och analys. Brussiffra (NF), linjäritet, distorsion och dynamiskt omfång måste alla beaktas i ett tidigt skede i produktutvecklingscykeln för att korrekt identifiera komponentspecifikationer för varje element i signalvägen. Signalkedjebudgetanalys tillåter designers att snabbt välja komponenter, analysera och jämföra prestandan hos designarkitekturer som övervägs. Utmaningen är större i mobila kommunikationssystem, där särskild uppmärksamhet måste fokuseras på den spektrala selektiviteten, linjäriteten och brusmekanismerna förknippade med RF- och IF-signalblock. Mottagare kan utformas för att ge adaptiv känslighet för inkommande signalstyrka genom att använda variabel förstärkning vid de lägre IF-frekvenserna, där det är lättare att manipulera signalen av intresse. De flesta spektrala trimning (frekvensformning och filtrering) tenderar att implementeras vid de lägre IF-frekvenserna där mycket smalbandiga passfilter lätt kan realiseras genom användning av SAW-enheter, kristaller och passiva RLC-filternätverk med klumpade element. Efter exakt kanalval kan automatisk förstärkningskontroll (AGC)-kretsar användas för att skala den mottagna signalen till en önskad nivå. Användningen av AGC ger en mottagardesign vars känslighet varierar, baserat på mottagen signalstyrka. Adaptiv känslighet minskar effekterna av avstånd som är inneboende i mobila miljöer med fading-kanal. Högpresterande förstärkare med variabel förstärkning är ofta nödvändiga för att ge det nödvändiga dynamiska omfånget och brusprestanda. Bakgrund Variable gain-förstärkare (VGA) har använts i en mängd olika fjärravkännings- och kommunikationsutrustningar i mer än ett halvt sekel. Applikationer som sträcker sig från ultraljud, radar, lidar till trådlös kommunikation - och till och med talanalys - har utnyttjat variabel förstärkning i ett försök att förbättra dynamisk prestanda. Tidiga konstruktioner uppnådde förstärkningsval genom att koppla in fasta förstärkarsteg för att justera mottagarens känslighet på ett binärt sätt. Senare implementeringar använde stegdämpare följt av förstärkare med fast förstärkning för att uppnå ett bredare utbud av diskret förstärkningskontroll. Moderna konstruktioner uppnår kontinuerlig spänningsstyrd förstärkning, med hjälp av analoga tekniker, med hjälp av sådana medel som spänningsvariabla dämpare (VVAs), analoga multiplikatorer och förstärkningsinterpolatorer. Figur 1. Typiska arkitekturer med variabel förstärkning. En mängd olika arkitekturer används vanligtvis för att tillhandahålla både kontinuerlig och diskret variabel förstärkningskontroll. Tillämpningar som automatisk förstärkningskontroll kräver ofta kontinuerlig analog förstärkningskontroll. De mest enkla konstruktionerna använder analoga multiplikatorer följt av buffertförstärkare med fast förstärkning. Sådana konstruktioner involverar ofta en icke-linjär förstärkningskontrollfunktion som kräver kalibrering. Dessutom lider multiplikatorkärnorna av temperatur- och matningsspänningsberoende som kan resultera i dålig noggrannhet och stabilitet i förstärkningslagen, såväl som oacceptabel högfrekvent förstärkningsvariation. Konstruktioner som använder förförstärkare/dämpare/postförstärkararkitekturer kan ge lågbrusdrift och bra bandbredd, men tenderar att ha ganska låg tredje ordningens intercept (IIP3), vilket begränsar deras förmåga att prestera i mottagare med högt dynamiskt omfång. . En annan klass av lösningar använder spänningsvariabla dämpare, följt av efterförstärkning med fast förstärkning. VVA:er kan ge en exakt dämpningsöverföringsfunktion som är linjär i dB, men det är ofta nödvändigt att kaskad flera VVA:er för att ge adekvat dämpningsområde. Kaskadbildningen resulterar i en ökad känslighet för variationer av dämpningsöverföringsfunktionen. Det är ibland nödvändigt att förförstärka signalen för att buffra signalkällan från VVA:ns belastningseffekter, samt för att minska dämparens påverkan på brustalet. Den höga förstärkningen som krävs för att ge en låg brussiffra resulterar i en minskad insignal av tredje ordningens intercept. Figur 2. Arkitektur för AD8367 X-Amp VGA. AD8367 X-AMP VGA med AGC X-AMP-arkitekturen, med ursprung för tio år sedan med Analog Devices AD600 och AD602, (Analog Dialogue 26-2, 1992), tillåter en linjär-i-dB förstärkningsfunktion som i huvudsak är oberoende av temperatur. Den består av ett resistivt stegenätverk, tillsammans med en mycket linjär förstärkare och interpolatorsteg, för att tillhandahålla en kontinuerlig linjär-i-dB förstärkningskontrollfunktion. AD8367 (Figur 2) är den senaste generationen X-AMP VGA. Dess design är implementerad på en ny extrasnabb-komplementär-bipolär process (XFCB2.0) som ger måttlig förstärkning till hundratals MHz och förbättrad linjäritet vid högre frekvenser än vad som hittills varit tillgängligt med konventionell halvledarbehandling. Som figur 2 visar, matas insignalen till ett markrefererat 9-stegs R-nR-resistivt stegenätverk, utformat för att producera 5 dB dämpningssteg mellan tapppunkter. Jämn förstärkningskontroll uppnås genom att känna av tapppunkterna med steg med variabel transkonduktans (gm). Beroende på förstärkningskontrollspänningen väljer en interpolator vilka steg som är aktiva. Till exempel, om det första steget är aktivt, avkänns 0-dB tapppunkten; om det sista steget är aktivt avkänns 45-dB-punkten. Dämpningsnivåer som faller mellan uttagspunkter uppnås genom att ha angränsande gm-steg aktiva samtidigt, vilket skapar ett viktat medelvärde av de diskreta uttagspunktsdämpningarna. På detta sätt syntetiseras en jämn, monoton, linjär-i-dB-dämpningsfunktion med mycket exakt skalning. Den ideala linjära-i-dB-överföringsfunktionen kan uttryckas som: (1) där MY är förstärkningsskalan (lutningen) vanligtvis uttryckt i dB/V, typiskt 50 dB/V (eller 20 mV/dB) BZ är förstärkningsavsnittet i dB, typiskt –5 dB, den extrapolerade förstärkningen för VGAIN = 0 V. VGAIN är förstärkningskontrollspänningen AD8367:s grundläggande anslutningskontur, förstärkningsöverföringsfunktion och typiska förstärkningsfelmönster illustreras i figur 3, som visar förstärkningsöverföringsfunktionens lutning på 50 dB/V och –5-dB intercept över en förstärkning- styrspänningsområde 50 mV ≤ VGAIN ≤ 950 mV. Enheten gör att förstärkningslutningen kan vändas med en enkel stiftrem på MODE-stiftet. Det omvända förstärkningsläget är bekvämt i applikationer för automatisk förstärkningsreglering (AGC), där förstärkningskontrollfunktionen härleds från en felintegrator, som jämför den detekterade uteffekten med en förutbestämd börvärdesnivå. En kvadratisk detektor och felintegratorn, integrerad on-chip, gör att enheten kan användas som ett fristående AGC-undersystem. Figur 3. Grundläggande AD8367 VGA-applikationskrets och förstärkningskontrollöverföringsfunktion, visar typiska fel vid olika temperaturer. En typisk fristående AGC-krets visas i figur 4, tillsammans med dess tidsdomänsvar på ett 10 dB ingångsspänningssteg. I detta exempel är signalingången en 70 MHz sinusform, och dess ingång är stegmodulerad från –17 till –7 dBm (avses 200 ohm). Utsignalens effekt mäts som en spänning av den interna kvadratiska detektorn och jämförs med en intern referens på 354 mV rms. Utsignalen från detektorn är en ström, som är integrerad med hjälp av en extern kondensator, CAGC. Spänningen som utvecklas över CAGC -kondensatorn driver GAIN -stiftet för att minska eller öka förstärkningen. Slingan stabiliseras när utsignalens rms-värde blir lika med den interna 354-mV-referensen. När insignalen är mindre än 354 mV rms, sänker DETO-stiftet ström vilket minskar spänningen vid GAIN-stiftet. När insignalen ökar över 354 mV rms, orsakar DETO -stiftet ström som gör att spänningen vid GAIN -stiftet ökar. Det omvända förstärkningsläget krävs i denna applikation för att säkerställa att förstärkningen minskar när insignalens effektiva värde överstiger den interna referensen. Den resulterande spänningen som appliceras på GAIN-stiftet, VAGC, kan användas som en indikation på mottagen signalstyrka (RSSI), som representerar insignalens styrka jämfört med en 354 mV rms-referens. För en sinusformad vågform resulterar detta i en 1-V pp-utgångssignal för en belastning på 200 ohm. Figur 4. Grundläggande AD8367 AGC-applikationskrets och tidsdomänsvar vid 70 MHz. Signalkedjeanalys En modern superheterodynarkitektur avbildas i figur 5. AD8367 används i mottagningsvägen (Rx) för att adaptivt justera den totala mottagarförstärkningen när RF-signalnivån ändras. I sändningsvägen (Tx) används AD8367 tillsammans med en RF-effektdetektor för att upprätthålla en önskad uteffektnivå. Figur 5. Superheterodyne -arkitektur som använder VGA för IF -nivåkontroll. VGA används i mellanfrekvensstegen för att anpassa mottagarens övergripande känslighet adaptivt och för att styra överförda effektnivåer. Med tanke på mottagningsvägen kan den övergripande känsligheten och det dynamiska området bedömas med hjälp av signalvägsbudgetanalys. För det här exemplet valdes en PCS-CDMA-signal, med användning av en 1-MHz brusbandbredd. Genom att arbeta bakåt från utgången från AD8367 IF VGA kan ingångskänsligheten och det dynamiska omfånget analyseras. Figur 6 representerar en detaljerad budgetanalys från mottagarens ingång till utgången från IF VGA. Figur 6. Rx Path Budget Analysis för 1900-MHz CDMA med ett 70 MHz IF. I exemplet ovan styr AD8367 mottagna signalnivåer före I&Q-demodulatorn. AD8367 är ett exempel på en VGA som använder variabel dämpning följt av en post-gain-förstärkare. Denna typ av VGA kommer att uppvisa i huvudsak en konstant OIP3 och en brussiffra som varierar med förstärkningsinställningen. AD8367 ger minsta brusvärde vid maximal förstärkning och maximal ingång av tredje ordningens intercept vid minsta förstärkning. Denna unika kombination möjliggör dynamisk styrning av en mottagares känslighet och inmatningslinjäritet, baserat på mottagen signalstyrka. AD8367 (klicka på denna länk för datablad och ytterligare information) kännetecknas över temperaturer från –40 till +85° C och är förpackad i ett 14-leds tunnkrympt small-outline-paket (TSSOP). Den fungerar på en enda 3- till 5-voltskälla. Enheten har en driftsbandbredd på –3 dB på 500 MHz; och dess datablad tillhandahåller detaljerade specifikationer för vanliga IF-frekvenser – som 70 MHz, 140 MHz, 190 MHz och 240 MHz. Om du läser PDF-versionen eller den tryckta versionen av denna artikel, besök www.analog.com för att ladda ner databladet eller för att begära prover. AD8367 är normalt tillgänglig från lager, och en utvärderingskort är också tillgänglig. Tack Den innovativa AD8367 designades av Barrie Gilbert och John Cowles.

Lämna ett meddelande 

meddelande~~POS=TRUNC