X-Amp ™, en ny 45-dB, 500-MHz variabel forstærkning (VGA) forenkler adaptive modtagerdesigner

Introduktion Design af trådløst kommunikationsudstyr starter normalt med strategisk signalkædedefinition og analyse. Støjfigur (NF), linearitet, forvrængning og dynamisk område skal alle overvejes på et tidligt tidspunkt i produktudviklingscyklussen for korrekt at identificere komponentspecifikationer for hvert element i signalvejen. Signalkædebudgetanalyse giver designere mulighed for hurtigt at vælge komponenter, analysere og sammenligne ydeevnen af ​​designarkitekturer, der overvejes. Udfordringen er større i mobile kommunikationssystemer, hvor særlig opmærksomhed skal fokuseres på den spektrale selektivitet, linearitet og støjmekanismer forbundet med RF- og IF-signalblokke. Modtagere kan designes til at give adaptiv følsomhed over for indgående signalstyrke ved at anvende variabel forstærkning ved de lavere IF-frekvenser, hvor det er lettere at manipulere signalet af interesse. De fleste spektrale pleje (frekvensformning og filtrering) har en tendens til at blive implementeret ved de lavere IF-frekvenser, hvor meget smalbåndspasfiltre let kan realiseres ved brug af SAW-enheder, krystaller og passive lumped-element RLC-filternetværk. Efter præcis kanalvalg kan automatisk gain-control (AGC) kredsløb anvendes til at skalere det modtagne signal til et ønsket niveau. Brugen af ​​AGC giver et modtagerdesign, hvis følsomhed varierer, baseret på modtaget signalstyrke. Adaptiv følsomhed reducerer virkningerne af afstand, der er iboende i mobile miljøer med fading-kanal. Højtydende forstærkere med variabel forstærkning er ofte nødvendige for at give det nødvendige dynamiske område og støjydelse. Baggrund Variable gain-forstærkere (VGA'er) er blevet brugt i en række forskellige fjernmålings- og kommunikationsudstyr i mere end et halvt århundrede. Applikationer lige fra ultralyd, radar, lidar til trådløs kommunikation – og endda taleanalyse – har brugt variabel forstærkning i et forsøg på at forbedre den dynamiske ydeevne. Tidlige designs opnåede forstærkningsvalg ved at skifte ind forstærkertrin med fast forstærkning for at justere modtagerens følsomhed på en binær måde. Senere implementeringer brugte trindæmpere efterfulgt af forstærkere med fast forstærkning for at opnå et bredere udvalg af diskret forstærkningskontrol. Moderne design opnår kontinuerlig spændingsstyret forstærkning ved hjælp af analoge teknikker ved hjælp af sådanne midler som spændingsvariable dæmpere (VVA'er), analoge multiplikatorer og forstærkningsinterpolatorer. Figur 1. Typiske arkitekturer med variabel forstærkning. En række forskellige arkitekturer bruges almindeligvis til at give både kontinuerlig og diskret variabel forstærkningskontrol. Anvendelser såsom automatisk forstærkningskontrol kræver ofte kontinuerlig analog forstærkningskontrol. De mest ligetil designs bruger analoge multiplikatorer efterfulgt af bufferforstærkere med fast forstærkning. Sådanne designs involverer ofte en ikke-lineær forstærkningskontrolfunktion, der kræver kalibrering. Derudover lider multiplikatorkernerne af temperatur- og forsyningsspændingsafhængigheder, der kan resultere i dårlig forstærkningslovsnøjagtighed og stabilitet, såvel som uacceptabel højfrekvent forstærkningsvariation. Designs, der bruger forforstærker/attenuator/post-forstærker-arkitekturer, kan give lav støjdrift og god båndbredde, men har en tendens til at have ret lavt tredje-ordens intercept (IIP3), hvilket begrænser deres evne til at præstere i modtagere med højt dynamisk område. En anden klasse af løsninger anvender spændingsvariable dæmpere efterfulgt af efterforstærkning med fast forstærkning. VVA'er kan give en nøjagtig dæmpningsoverførselsfunktion, der er lineær i dB, men det er ofte nødvendigt at kaskade flere VVA'er for at give tilstrækkeligt dæmpningsområde. Kaskaden resulterer i en øget følsomhed over for variationer af dæmpningsoverførselsfunktionen. Det er nogle gange nødvendigt at forforstærke signalet for at buffere signalkilden fra VVA'ens belastningseffekter, samt for at mindske dæmperens indflydelse på støjtallet. Den høje forstærkning, der kræves for at give et lavt støjtal, resulterer i et reduceret tredje-ordens input. Figur 2. Arkitektur af AD8367 X-Amp VGA. AD8367 X-AMP VGA med AGC X-AMP-arkitekturen, der stammer fra for ti år siden med de analoge enheder AD600 og AD602, (Analog Dialogue 26-2, 1992), tillader en lineær-i-dB forstærkningskontrolfunktion, der i det væsentlige er uafhængig af temperaturen. Den omfatter et resistivt stigenetværk sammen med en meget lineær forstærker og interpolatortrin for at give en kontinuerlig lineær-i-dB forstærkningskontrolfunktion. AD8367 (figur 2) er den seneste generation af X-AMP VGA'er. Dens design er implementeret på en ny ekstra-hurtig-komplementær-bipolær proces (XFCB2.0), der giver moderat forstærkning til hundredvis af MHz og forbedret linearitet ved højere frekvenser end hidtil tilgængelig med konventionel halvlederbehandling. Som figur 2 viser, tilføres inputsignalet til et jord-refereret 9-trins R-nR resistivt stigenetværk, designet til at producere 5-dB dæmpningstrin mellem udtagspunkter. Jævn forstærkningskontrol opnås ved at registrere tappunkterne med trin med variabel transkonduktans (gm). Afhængigt af forstærkningsstyringsspændingen vælger en interpolator, hvilke trin der er aktive. For eksempel, hvis det første trin er aktivt, registreres 0-dB tappunktet; hvis det sidste trin er aktivt, registreres 45-dB-punktet. Dæmpningsniveauer, der falder mellem tappunkterne, opnås ved at have tilstødende gm-trin aktive samtidigt, hvilket skaber et vægtet gennemsnit af de diskrete tap-punktdæmpninger. På denne måde syntetiseres en jævn, monoton, lineær-i-dB-dæmpningsfunktion med meget præcis skalering. Den ideelle lineære-i-dB-overførselsfunktion kan udtrykkes som: (1) hvor MY er forstærkningsskalaen (hældningen), normalt udtrykt i dB/V, typisk 50 dB/V (eller 20 mV/dB) BZ er forstærkningsskæringen i dB, typisk –5 dB, den ekstrapolerede forstærkning for VGAIN = 0 V. VGAIN er forstærkningskontrolspændingen AD8367's grundlæggende forbindelsesskitse, forstærkningsoverførselsfunktion og typiske forstærknings-fejlmønster er illustreret i figur 3, der viser forstærkningsoverførselsfunktionens hældning på 50 dB/V og –5-dB opskæring over et forstærkningskontrolspændingsområde på 50 mV ≤ VGAIN ≤ 950. Enheden gør det muligt at vende forstærkningshældningen ved hjælp af en simpel pin-strop på MODE-stiften. Den omvendte forstærkningstilstand er praktisk i applikationer med automatisk forstærkningskontrol (AGC), hvor forstærkningskontrolfunktionen er afledt af en fejlintegrator, som sammenligner den detekterede udgangseffekt med et forudbestemt sætpunktsniveau. En kvadratisk detektor og fejlintegratoren, integreret på chip, gør det muligt at bruge enheden som et selvstændigt AGC-undersystem. Figur 3. Grundlæggende AD8367 VGA-applikationskredsløb og forstærkningskontroloverførselsfunktion, der viser typiske fejl ved forskellige temperaturer. Et typisk selvstændigt AGC-kredsløb er vist i figur 4 sammen med dets tidsdomænerespons på et 10-dB indgangsspændingstrin. I dette eksempel er signalindgangen en 70 MHz sinusformet, og dens input er trinmoduleret fra –17 til –7 dBm (refereret til 200 ohm). Udgangssignalets effekt måles som en spænding af den interne kvadratiske detektor og sammenlignes med en intern 354 mV rms reference. Udgangen af ​​detektoren er en strøm, som er integreret ved hjælp af en ekstern kondensator, CAGC. Spændingen, der udvikles over CAGC-kondensatoren, driver GAIN-stiften for at reducere eller øge forstærkningen. Sløjfen stabiliseres, når udgangssignalniveauets rms-værdi bliver lig med den interne 354-mV-reference. Når indgangssignalet er mindre end 354 mV rms, synker DETO-stiften strøm, hvilket reducerer spændingen ved GAIN-stiften. Når indgangssignalet stiger til over 354 mV rms, afgiver DETO-stiften strøm, hvilket får spændingen på GAIN-stiften til at stige. Den omvendte forstærkningstilstand er påkrævet i denne applikation for at sikre, at forstærkningen falder, når inputsignalets rms-værdi overstiger den interne reference. Den resulterende spænding påført GAIN-stiften, VAGC, kan bruges som en indikation af modtaget signalstyrke (RSSI), der repræsenterer inputsignalets styrke sammenlignet med en 354 mV rms-reference. For en sinusformet bølgeform resulterer dette i et 1-V pp udgangssignal for en belastning på 200 ohm. Figur 4. Grundlæggende AD8367 AGC-applikationskredsløb og tidsdomænerespons ved 70 MHz. Signalkædeanalyse En moderne superheterodynarkitektur er afbildet i figur 5. AD8367 bruges i modtagestien (Rx) til adaptivt at justere den samlede modtagerforstærkning, efterhånden som RF-signalniveauet ændres. I sende (Tx)-stien bruges AD8367 sammen med en RF-effektdetektor for at opretholde et ønsket udgangseffektniveau. Figur 5. Superheterodyne-arkitektur ved hjælp af VGA'er til IF-niveaukontrol. VGA'er bruges i de mellemliggende frekvensstadier til at justere modtagerens overordnede følsomhed adaptivt og til at kontrollere transmitterede effektniveauer. I betragtning af modtagestien kan den overordnede følsomhed og det dynamiske område vurderes ved hjælp af signalvejsbudgetanalyse. Til dette eksempel blev et PCS-CDMA-signal valgt ved brug af en 1-MHz støjbåndbredde. Ved at arbejde baglæns fra outputtet fra AD8367 IF VGA kan inputfølsomheden og det dynamiske område analyseres. Figur 6 repræsenterer en detaljeret budgetanalyse fra modtagerens input til outputtet af IF VGA. Figur 6. Rx Path Budget Analyse for 1900 MHz CDMA med en 70 MHz IF. I eksemplet ovenfor styrer AD8367 modtagne signalniveauer før I&Q-demodulatoren. AD8367 er et eksempel på en VGA, der bruger variabel dæmpning efterfulgt af en post-gain forstærker. Denne stil af VGA vil i det væsentlige udvise en konstant OIP3 og et støjtal, der varierer med forstærkningsindstillingen. AD8367 giver et minimumsstøjtal ved maksimal forstærkning og maksimalt input af tredje-ordens intercept ved minimum forstærkning. Denne unikke kombination giver mulighed for dynamisk kontrol af en modtagers følsomhed og input linearitet baseret på modtaget signalstyrke. AD8367 (klik på dette link for datablade og yderligere information) er karakteriseret over temperaturer fra –40 til +85° C og er pakket i en 14-bly tynd-krympet small-outline pakke (TSSOP). Den fungerer på en enkelt 3- til 5-volts forsyning. Enheden har en –3-dB driftsbåndbredde på 500 MHz; og dets datablad giver detaljerede specifikationer ved almindelige IF-frekvenser - såsom 70 MHz, 140 MHz, 190 MHz og 240 MHz. Hvis du læser PDF-en eller den trykte version af denne artikel, kan du besøge www.analog.com for at downloade dataarket eller for at anmode om prøver. AD8367 er normalt tilgængelig fra lager, og et evalueringstavle er også tilgængeligt. Tak Den innovative AD8367 er designet af Barrie Gilbert og John Cowles.

Læg en besked 

Message List