„X-Amp ™“, naujas 45 dB, 500 MHz kintamo stiprumo stiprintuvas (VGA) supaprastina prisitaikančio imtuvo dizainą

Įvadas Belaidžio ryšio įrangos projektavimas paprastai prasideda nuo strateginio signalo grandinės apibrėžimo ir analizės. Triukšmo rodiklis (NF), tiesiškumas, iškraipymas ir dinaminis diapazonas – visa tai turi būti įvertinta ankstyvame gaminio kūrimo ciklo etape, kad būtų galima tinkamai nustatyti kiekvieno signalo kelio elemento komponentų specifikacijas. Signalų grandinės biudžeto analizė leidžia dizaineriams greitai pasirinkti komponentus, analizuoti ir palyginti svarstomų projektavimo architektūrų našumą. Iššūkis yra didesnis mobiliojo ryšio sistemose, kur ypatingas dėmesys turi būti skiriamas spektriniam selektyvumui, tiesiškumui ir triukšmo mechanizmams, susijusiems su RF ir IF signalų blokais. Imtuvai gali būti suprojektuoti taip, kad užtikrintų prisitaikantį jautrumą įeinančio signalo stiprumui, naudojant kintamą stiprinimą žemesniuose IF dažniuose, kur lengviau manipuliuoti dominančiu signalu. Dauguma spektrinio tobulinimo (dažnio formavimo ir filtravimo) dažniausiai įgyvendinami žemesniuose IF dažniuose, kur labai siauro dažnio pralaidumo filtrai gali būti lengvai realizuojami naudojant SAW įrenginius, kristalus ir pasyvius vienkartinių elementų RLC filtrų tinklus. Po tikslaus kanalo pasirinkimo galima naudoti automatinio stiprinimo valdymo (AGC) grandinę, kad gautas signalas būtų pakeistas iki pageidaujamo lygio. Naudojant AGC, gaunamas imtuvo dizainas, kurio jautrumas skiriasi priklausomai nuo gaunamo signalo stiprumo. Prisitaikantis jautrumas sumažina atstumo poveikį, būdingą nykstančio kanalo mobiliajai aplinkai. Norint užtikrinti reikiamą dinaminį diapazoną ir triukšmo našumą, dažnai reikalingi didelio našumo kintamo stiprinimo stiprintuvai. Fonas Kintamo stiprinimo stiprintuvai (VGA) buvo naudojami įvairioje nuotolinio stebėjimo ir ryšių įrangoje daugiau nei pusę amžiaus. Taikomosiose programose, pradedant ultragarsu, radaru, lidar ir baigiant belaidžiu ryšiu ir net kalbos analize, buvo naudojamas kintamasis stiprinimas, siekiant pagerinti dinaminį našumą. Ankstyvosiose konstrukcijose stiprinimo pasirinkimas buvo pasiektas įjungiant fiksuoto stiprinimo stiprintuvo etapus, kad imtuvo jautrumą būtų galima reguliuoti dvejetainiu būdu. Vėliau buvo naudojami žingsniniai slopintuvai, po kurių buvo fiksuoto stiprinimo stiprintuvai, kad būtų pasiektas platesnis diskrečiojo stiprinimo valdymo diapazonas. Šiuolaikinės konstrukcijos užtikrina nuolatinį įtampos valdymą, naudojant analoginius metodus, tokias kaip įtampos kintamieji slopintuvai (VVA), analoginiai daugikliai ir stiprinimo interpoliatoriai. 1 pav. Tipiškos kintamo stiprumo architektūros. Įvairios architektūros naudojamos nuolatiniam ir atskiram kintamo stiprinimo valdymui. Tokios programos kaip automatinis stiprinimo valdymas dažnai reikalauja nuolatinio analoginio stiprinimo valdymo. Paprasčiausiose konstrukcijose naudojami analoginiai daugikliai, po kurių seka fiksuoto stiprinimo buferiniai stiprintuvai. Tokios konstrukcijos dažnai apima netiesinę stiprinimo valdymo funkciją, kurią reikia kalibruoti. Be to, daugiklio šerdys kenčia nuo temperatūros ir maitinimo įtampos priklausomybės, dėl kurių gali sumažėti stiprinimo dėsnio tikslumas ir stabilumas, taip pat nepriimtini aukšto dažnio stiprinimo kitimai. Konstrukcijos, kuriose naudojamos išankstinio stiprintuvo / slopintuvo / po stiprintuvo architektūros, gali užtikrinti mažo triukšmo veikimą ir gerą pralaidumą, tačiau paprastai turi gana mažą įvesties trečiosios eilės perėmimą (IIP3), o tai riboja jų gebėjimą veikti didelio dinaminio diapazono imtuvuose. . Kitoje sprendimų klasėje naudojami kintamos įtampos slopintuvai, o po to fiksuotas stiprinimas. VVA gali užtikrinti tikslią slopinimo perdavimo funkciją, kuri yra tiesinė dB, tačiau dažnai reikia pakopuoti kelis VVA, kad būtų užtikrintas tinkamas slopinimo diapazonas. Dėl kaskados padidėja jautrumas slopinimo perdavimo funkcijos pokyčiams. Kartais reikia iš anksto sustiprinti signalą, kad būtų apsaugotas signalo šaltinis nuo VVA apkrovos efektų, taip pat sumažinta atenuatoriaus įtaka triukšmo skaičiui. Dėl didelio stiprinimo, reikalingo mažam triukšmo rodikliui gauti, sumažėja trečios eilės įvesties pertrauka. 2 pav. AD8367 X-Amp VGA architektūra. AD8367 X-AMP VGA su AGC X-AMP architektūra, sukurta prieš dešimt metų su analoginiais įrenginiais AD600 ir AD602 (Analog Dialogue 26-2, 1992), leidžia linijinio dB stiprinimo valdymo funkciją, kuri iš esmės yra nepriklausomas nuo temperatūros. Jį sudaro rezistinis kopėčių tinklas, labai tiesinis stiprintuvas ir interpoliatoriaus pakopa, užtikrinanti nuolatinę tiesinę dB stiprinimo valdymo funkciją. AD8367 (2 pav.) yra naujausios kartos X-AMP VGA. Jo dizainas įgyvendintas naudojant naują ypač greitą papildomą dvipolį procesą (XFCB2.0), kuris užtikrina vidutinį iki šimtų MHz stiprinimą ir pagerintą tiesiškumą aukštesniuose dažniuose nei iki šiol taikant įprastą puslaidininkių apdorojimą. Kaip parodyta 2 paveiksle, įvesties signalas nukreipiamas į antžeminį 9 pakopų R-nR varžinių kopėčių tinklą, sukurtą 5 dB slopinimo žingsniams tarp paspaudimo taškų sukurti. Sklandus stiprinimo valdymas pasiekiamas apčiuopiant čiaupo taškus su kintamo laidumo (gm) etapais. Atsižvelgiant į stiprinimo valdymo įtampą, interpoliatorius parenka, kurios pakopos yra aktyvios. Pavyzdžiui, jei aktyvi pirmoji pakopa, apčiuopiamas 0 dB pajungimo taškas; jei aktyvi paskutinė pakopa, apčiuopiamas 45 dB taškas. Sumažinimo lygiai, kurie patenka tarp bakstelėjimo taškų, pasiekiami tuo pačiu metu esant aktyviems kaimyniniams gm etapams, sukuriant svertinį diskrečių taškinių taškų slopinimų vidurkį. Tokiu būdu susintetinama sklandi, monotoniška, tiesinė dB slopinimo funkcija su labai tiksliu mastelio keitimu. Ideali tiesinio perdavimo dB funkcija gali būti išreikšta taip: (1) kur MY yra stiprinimo skalė (nuolydis), paprastai išreiškiama dB/V, paprastai 50 dB/V (arba 20 mV/dB), BZ yra stiprinimo pertrauka dB, paprastai –5 dB, ekstrapoliuotas VGAIN stiprinimas = 0 V. VGAIN yra stiprumo valdymo įtampa. Pagrindinė AD8367 jungties schema, stiprinimo perkėlimo funkcija ir tipinis stiprinimo klaidos modelis yra pavaizduoti 3 paveiksle, kuriame parodytas 50 dB/V stiprinimo perkėlimo funkcijos nuolydis ir –5 dB pertrauka per stiprinimą. valdymo įtampos diapazonas 50 mV ≤ VGAIN ≤ 950 mV. Įrenginys leidžia pakeisti stiprinimo nuolydį paprastu MODE kaiščio kaiščiu. Atvirkštinio stiprinimo režimas yra patogus automatinio stiprinimo valdymo (AGC) programose, kur stiprinimo valdymo funkcija gaunama iš klaidų integratoriaus, kuris lygina aptiktą išėjimo galią su iš anksto nustatytu nustatytojo taško lygiu. Kvadratinio dėsnio detektorius ir klaidų integratorius, integruotas į lustą, leidžia įrenginį naudoti kaip savarankišką AGC posistemį. 3 pav. Pagrindinė AD8367 VGA taikymo grandinė ir stiprinimo valdymo perdavimo funkcija, rodanti tipines klaidas esant įvairioms temperatūroms. Tipiška atskira AGC grandinė parodyta 4 paveiksle kartu su jos laiko srities atsaku į 10 dB įvesties įtampos žingsnį. Šiame pavyzdyje signalo įvestis yra 70 MHz sinusoidė, o jos įvestis yra pakoreguota nuo –17 iki –7 dBm (200 omų). Išvesties signalo galia matuojama kaip įtampa naudojant vidinį kvadratinio dėsnio detektorių ir lyginama su vidine 354 mV vidutinės vertės atskaita. Detektoriaus išvestis yra srovė, kuri integruota naudojant išorinį kondensatorių CAGC. CAGC kondensatoriuje sukuriama įtampa varo GAIN kaištį, kad sumažintų arba padidintų stiprinimą. Kilpa stabilizuojama, kai išėjimo signalo lygio efektinė vertė tampa lygi vidinei 354 mV atskaitai. Kai įvesties signalas yra mažesnis nei 354 mV kvadratinė vertė, DETO kaištis sumažina srovę, o tai sumažina GAIN kaiščio įtampą. Kai įvesties signalas pakyla virš 354 mV kvadratinės vertės, DETO kaištis sukuria srovę, todėl GAIN kaiščio įtampa didėja. Šioje programoje reikalingas atvirkštinio stiprinimo režimas, siekiant užtikrinti, kad stiprinimas sumažėtų, kai įvesties signalo efektinė vertė viršija vidinę atskaitą. GAIN kaiščiui VAGC taikoma įtampa gali būti naudojama kaip priimto signalo stiprumo indikacija (RSSI), rodanti įvesties signalo stiprumą, palyginti su 354 mV vidutinės atskaitos tašku. Dėl sinusinės bangos formos gaunamas 1 V pp išėjimo signalas esant 200 omų apkrovai. 4 pav. Pagrindinė AD8367 AGC taikymo grandinė ir laiko domeno atsakas 70 MHz dažniu. Signalo grandinės analizė Šiuolaikinė superheterodino architektūra pavaizduota 5 paveiksle. AD8367 naudojamas priėmimo (Rx) kelyje, siekiant adaptyviai reguliuoti bendrą imtuvo stiprinimą, kai keičiasi RF signalo lygis. Perdavimo (Tx) kelyje AD8367 naudojamas kartu su RF galios detektoriumi, kad būtų palaikomas norimas išėjimo galios lygis. 5 pav. Superheterodino architektūra naudojant VGA IF lygio valdymui. VGA yra naudojami tarpinio dažnio etapuose, kad būtų galima adaptyviai reguliuoti bendrą imtuvo jautrumą ir valdyti perduodamos galios lygius. Atsižvelgiant į priėmimo kelią, bendrą jautrumą ir dinaminį diapazoną galima įvertinti naudojant signalo kelio biudžeto analizę. Šiame pavyzdyje buvo pasirinktas PCS-CDMA signalas, naudojant 1 MHz triukšmo dažnių juostos plotį. Dirbant atgal nuo AD8367 IF VGA išvesties, galima analizuoti įvesties jautrumą ir dinaminį diapazoną. 6 paveiksle pateikta išsami biudžeto analizė nuo imtuvo įvesties iki IF VGA išvesties. 6 pav. Rx kelio biudžeto analizė 1900 MHz CDMA su 70 MHz IF. Anksčiau pateiktame pavyzdyje AD8367 valdo signalo lygius prieš I&Q demoduliatorių. AD8367 yra VGA pavyzdys, kuriame naudojamas kintamasis slopinimas, po kurio yra stiprintuvas. Šio stiliaus VGA iš esmės bus pastovus OIP3 ir triukšmo rodiklis, kuris kinta priklausomai nuo stiprinimo nustatymo. AD8367 užtikrina minimalų triukšmo rodiklį esant maksimaliam stiprėjimui ir didžiausią įvesties trečiosios eilės perėmimą esant minimaliam stiprėjimui. Šis unikalus derinys leidžia dinamiškai valdyti imtuvo jautrumą ir įvesties tiesiškumą, atsižvelgiant į gaunamo signalo stiprumą. AD8367 (spustelėkite šią nuorodą, kad gautumėte duomenų lapus ir daugiau informacijos) būdinga temperatūrai nuo –40 iki +85 °C ir yra supakuota į 14 švino plonų susitraukusių mažų kontūrų pakuotę (TSSOP). Jis veikia iš vieno 3–5 voltų maitinimo šaltinio. Prietaisas turi –3 dB darbinį 500 MHz dažnių juostos plotį; ir jo duomenų lape pateikiamos išsamios įprastų IF dažnių, pvz., 70 MHz, 140 MHz, 190 MHz ir 240 MHz, specifikacijos. Jei skaitote PDF arba spausdintą šio straipsnio versiją, apsilankykite www.analog.com ir atsisiųskite duomenų lapą arba paprašykite pavyzdžių. AD8367 paprastai yra sandėlyje, taip pat yra vertinimo lenta. Padėka Naujovišką AD8367 sukūrė Barrie Gilbert ir John Cowles.

Palik žinutę 

Žinučių sąrašas