X-Amp ™, jauns 45 dB, 500 MHz mainīga pastiprinājuma pastiprinātājs (VGA) vienkāršo adaptīvo uztvērēju dizainu

Ievads Bezvadu sakaru iekārtu projektēšana parasti sākas ar stratēģisku signālu ķēdes noteikšanu un analīzi. Trokšņa attēls (NF), linearitāte, izkropļojumi un dinamiskais diapazons ir jāņem vērā produkta izstrādes cikla agrīnā stadijā, lai pareizi noteiktu komponenta specifikācijas katram signāla ceļa elementam. Signālu ķēdes budžeta analīze ļauj dizaineriem ātri izvēlēties komponentus, analizēt un salīdzināt izskatāmo dizaina arhitektūru veiktspēju. Izaicinājums ir lielāks mobilo sakaru sistēmās, kur īpaša uzmanība jāpievērš spektrālās selektivitātes, linearitātes un trokšņa mehānismiem, kas saistīti ar RF un IF signālu blokiem. Uztvērējus var konstruēt tā, lai nodrošinātu adaptīvu jutību pret ienākošo signāla stiprumu, izmantojot mainīgu pastiprinājumu zemākās IF frekvencēs, kur ir vieglāk manipulēt ar interesējošo signālu. Lielāko daļu spektrālās kopšanas (frekvences veidošana un filtrēšana) mēdz īstenot zemākajās IF frekvencēs, kur ļoti šaurjoslas caurlaides filtrus var viegli realizēt, izmantojot SAW ierīces, kristālus un pasīvos vienotā elementa RLC filtru tīklus. Pēc precīzas kanālu izvēles var izmantot automātiskās pastiprināšanas kontroles (AGC) shēmas, lai mērogotu saņemto signālu līdz vēlamajam līmenim. AGC izmantošana nodrošina uztvērēja dizainu, kura jutība mainās atkarībā no saņemtā signāla stipruma. Adaptīvā jutība samazina attāluma ietekmi, kas raksturīga izbalēšanas kanālu mobilajai videi. Augstas veiktspējas mainīga pastiprinājuma pastiprinātāji bieži ir nepieciešami, lai nodrošinātu nepieciešamo dinamisko diapazonu un trokšņa līmeni. Pamatinformācija Mainīga pastiprinājuma pastiprinātāji (VGA) ir izmantoti vairākās tālvadības un sakaru iekārtās vairāk nekā pusgadsimtu. Lietojumprogrammas, sākot no ultraskaņas, radara, lidariem līdz bezvadu sakariem un pat runas analīzei, ir izmantojušas mainīgu pastiprinājumu, lai uzlabotu dinamisko veiktspēju. Agrīnajos dizainos tika panākta pastiprinājuma izvēle, ieslēdzot fiksēta pastiprinājuma pastiprinātāja posmus, lai binārā veidā pielāgotu uztvērēja jutību. Vēlāk tika izmantoti soļu vājinātāji, kam sekoja pastiprinātāji ar fiksētu pastiprinājumu, lai panāktu plašāku diskrētas pastiprināšanas kontroles diapazonu. Mūsdienu konstrukcijās tiek panākts nepārtraukts sprieguma kontrolēts pieaugums, izmantojot analogās metodes, izmantojot tādus līdzekļus kā sprieguma mainīgos vājinātājus (VVA), analogos reizinātājus un pastiprinājuma interpolatorus. Skaitlis 1. Tipiskas mainīga pastiprinājuma arhitektūras. Lai nodrošinātu nepārtrauktu un diskrētu mainīga pastiprinājuma kontroli, parasti tiek izmantotas dažādas arhitektūras. Lietojumprogrammām, piemēram, automātiskai pastiprinājuma kontrolei, bieži nepieciešama nepārtraukta analogā pastiprinājuma kontrole. Vienkāršākajos dizainos tiek izmantoti analogie pavairotāji, kam seko fiksēta pastiprinājuma bufera pastiprinātāji. Šādi modeļi bieži ietver nelineāru pastiprinājuma kontroles funkciju, kurai nepieciešama kalibrēšana. Turklāt pavairotāja kodoli cieš no temperatūras un barošanas sprieguma atkarības, kas var izraisīt sliktu pastiprinājuma likuma precizitāti un stabilitāti, kā arī nepieņemamas augstfrekvences pastiprinājuma variācijas. Dizainparaugi, kuros tiek izmantota priekšpastiprinātāja/vājinātāja/pēcpastiprinātāja arhitektūra, var nodrošināt zemu trokšņa līmeni un labu joslas platumu, taču tiem parasti ir diezgan zems ieejas trešās kārtas pārtveršanas veids (IIP3), ierobežojot to spēju darboties augsta dinamiskā diapazona uztvērējos. . Citā risinājumu klasē tiek izmantoti sprieguma mainīgie vājinātāji, kam seko fiksēta pastiprinājuma pēcpastiprināšana. VVA var nodrošināt precīzu vājinājuma pārneses funkciju, kas ir lineāra dB, bet bieži vien ir nepieciešams kaskadēt vairākas VVA, lai nodrošinātu atbilstošu vājinājuma diapazonu. Kaskādes rezultātā palielinās jutība pret vājinājuma pārneses funkcijas izmaiņām. Dažreiz ir nepieciešams iepriekš pastiprināt signālu, lai aizsargātu signāla avotu no VVA slodzes efektiem, kā arī samazināt vājinātāja ietekmi uz trokšņa rādītāju. Lielais pieaugums, kas nepieciešams, lai iegūtu zemu trokšņa līmeni, samazina ievades trešās kārtas pārtveršanu. Skaitlis 2. AD8367 X-Amp VGA arhitektūra. AD8367 X-AMP VGA ar AGC X-AMP arhitektūra, kas radusies pirms desmit gadiem ar analogām ierīcēm AD600 un AD602 (Analog Dialogue 26-2, 1992), ļauj lineāri-dB pastiprinājuma kontroles funkciju, kas būtībā ir neatkarīgi no temperatūras. Tas ietver pretestības kāpņu tīklu, kā arī ļoti lineāru pastiprinātāju un interpolatora pakāpi, lai nodrošinātu nepārtrauktu lineāro-dB pastiprinājuma kontroles funkciju. AD8367 (2. attēls) ir jaunākās paaudzes X-AMP VGA. Tās dizains ir īstenots, izmantojot jaunu īpaši ātru komplementāru bipolāru procesu (XFCB2.0), kas nodrošina mērenu pastiprinājumu līdz simtiem MHz un uzlabotu linearitāti augstākās frekvencēs, nekā līdz šim bija pieejama ar parasto pusvadītāju apstrādi. Kā parādīts 2. attēlā, ieejas signāls tiek pielietots uz zemes balstītam 9 pakāpju R-nR pretestības kāpņu tīklam, kas paredzēts 5 dB vājināšanas soļiem starp pieskāriena punktiem. Gluda pastiprinājuma kontrole tiek panākta, uztverot pieskāriena punktus ar mainīgas caurlaidības (gm) posmiem. Atkarībā no pastiprinājuma kontroles sprieguma interpolators izvēlas, kuri posmi ir aktīvi. Piemēram, ja pirmais posms ir aktīvs, tiek uztverts 0 dB pieskāriena punkts; ja pēdējais posms ir aktīvs, tiek uztverts 45 dB punkts. Vājināšanās līmeņi, kas atrodas starp pieskāriena punktiem, tiek sasniegti, ja blakus esošie gm posmi ir aktīvi vienlaicīgi, veidojot vidējo svērto diskrēto pieskārienu punktu vājinājumu. Tādā veidā tiek sintezēta vienmērīga, monotona, lineāra dB samazinājuma funkcija ar ļoti precīzu mērogošanu. Ideālo lineāro-dB pārraides funkciju var izteikt šādi: (1) kur MY ir pastiprinājuma skala (slīpums), ko parasti izsaka dB/V, parasti 50 dB/V (vai 20 mV/dB). BZ ir pastiprinājuma pārtveršana dB, parasti –5 dB, ekstrapolētais pieaugums VGAIN = 0 V. VGAIN ir pastiprinājuma kontroles spriegums. AD8367 pamata savienojuma izklāsts, pastiprinājuma pārsūtīšanas funkcija un tipiskais pastiprinājuma kļūdas modelis ir parādīti 3. attēlā, parādot pastiprinājuma pārsūtīšanas funkcijas slīpumu 50 dB/V un –5 dB pārrāvumu pār pastiprinājumu. vadības sprieguma diapazons 50 mV ≤ VGAIN ≤ 950 mV. Ierīce ļauj mainīt pastiprinājuma slīpumu, izmantojot vienkāršu MODE tapas tapas. Apgrieztā pastiprinājuma režīms ir ērts automātiskās pastiprināšanas kontroles (AGC) lietojumprogrammās, kur pastiprinājuma kontroles funkcija tiek iegūta no kļūdu integrētāja, kas salīdzina noteikto izejas jaudu ar iepriekš noteiktu iestatītās vērtības līmeni. Kvadrātveida detektors un kļūdu integrētājs, kas integrēts mikroshēmā, ļauj ierīci izmantot kā autonomu AGC apakšsistēmu. Skaitlis 3. Pamata AD8367 VGA lietojumprogrammu shēma un pastiprinājuma kontroles pārsūtīšanas funkcija, parādot tipiskas kļūdas dažādās temperatūrās. Tipiska atsevišķa AGC ķēde ir parādīta 4. attēlā kopā ar tā laika domēna reakciju uz 10 dB ieejas sprieguma soli. Šajā piemērā signāla ieeja ir 70 MHz sinusoīds, un tā ievade ir pakāpeniski modulēta no –17 līdz –7 dBm (atsaucoties uz 200 omiem). Izejas signāla jaudu mēra kā spriegumu ar iekšējo kvadrātveida likumu detektoru un salīdzina ar iekšējo 354 mV vidējo atskaiti. Detektora izeja ir strāva, kas tiek integrēta, izmantojot ārēju kondensatoru CAGC. Spriegums, kas tiek veidots pāri CAGC kondensatoram, virza GAIN tapu, lai samazinātu vai palielinātu pastiprinājumu. Cilpa tiek stabilizēta, kad izejas signāla līmeņa vidējā vidējā vērtība kļūst vienāda ar iekšējo 354 mV atskaiti. Ja ieejas signāls ir mazāks par 354 mV vidējo vidējo vērtību, DETO tapa samazina strāvu, kas samazina spriegumu pie GAIN tapas. Ieejas signālam palielinoties virs 354 mV vidējās vidējās vērtības, DETO tapa rada strāvu, kā rezultātā palielinās spriegums pie GAIN tapas. Šajā lietojumprogrammā ir nepieciešams apgrieztā pastiprinājuma režīms, lai nodrošinātu, ka pastiprinājums samazinās, kad ieejas signāla efektīvā vērtība pārsniedz iekšējo atsauci. Iegūto spriegumu, kas tiek pielietots GAIN tapai, VAGC, var izmantot kā uztvertā signāla stipruma indikatoru (RSSI), kas attēlo ieejas signāla stiprumu salīdzinājumā ar 354 mV vidējo atsauces vērtību. Sinusoidālai viļņu formai tas rada 1 V pp izejas signālu 200 omu slodzei. Skaitlis 4. Pamata AD8367 AGC lietojumprogrammu ķēde un laika domēna reakcija pie 70 MHz. Signāla ķēdes analīze Mūsdienīga superheterodīna arhitektūra ir parādīta 5. attēlā. AD8367 tiek izmantots uztveršanas (Rx) ceļā, lai adaptīvi pielāgotu uztvērēja pastiprinājumu, mainoties RF signāla līmenim. Pārraides (Tx) ceļā AD8367 tiek izmantots kopā ar RF jaudas detektoru, lai uzturētu vēlamo izejas jaudas līmeni. Skaitlis 5. Superheterodīna arhitektūra, izmantojot VGAs IF līmeņa kontrolei. VGA tiek izmantoti starpfrekvences posmos, lai adaptīvi pielāgotu uztvērēja vispārējo jutību un kontrolētu pārraidīto jaudas līmeni. Ņemot vērā saņemšanas ceļu, kopējo jutību un dinamisko diapazonu var novērtēt, izmantojot signāla ceļa budžeta analīzi. Šajā piemērā tika izvēlēts PCS-CDMA signāls, izmantojot 1 MHz trokšņa joslas platumu. Strādājot atpakaļ no AD8367 IF VGA izejas, var analizēt ievades jutību un dinamisko diapazonu. 6. attēlā parādīta detalizēta budžeta analīze no uztvērēja ievades līdz IF VGA izejai. Skaitlis 6. Rx ceļa budžeta analīze 1900 MHz CDMA ar 70 MHz IF. Iepriekš minētajā piemērā AD8367 kontrolē saņemtos signāla līmeņus pirms I&Q demodulatora. AD8367 ir VGA piemērs, kurā tiek izmantots mainīgs vājinājums, kam seko pastiprinātājs pēc pastiprinājuma. Šim VGA stilam būtībā būs nemainīgs OIP3 un trokšņa rādītājs, kas mainās atkarībā no pastiprinājuma iestatījuma. AD8367 nodrošina minimālu trokšņa līmeni ar maksimālu pastiprinājumu un maksimālu ieejas trešās kārtas pārtveršanu ar minimālu pastiprinājumu. Šī unikālā kombinācija ļauj dinamiski kontrolēt uztvērēja jutību un ievades linearitāti, pamatojoties uz saņemto signāla stiprumu. AD8367 (datu lapām un papildu informācijai noklikšķiniet uz šīs saites) ir raksturīgs temperatūrai no –40 līdz +85 ° C, un tas ir iepakots 14 svinu plānā saraušanās mazā kontūra iepakojumā (TSSOP). Tas darbojas ar vienu 3–5 voltu barošanas avotu. Ierīcei ir –3 dB darbības joslas platums 500 MHz; un tā datu lapa sniedz detalizētas specifikācijas parastajām IF frekvencēm, piemēram, 70 MHz, 140 MHz, 190 MHz un 240 MHz. Ja lasāt šī raksta PDF vai drukāto versiju, lūdzu, apmeklējiet vietni www.analog.com, lai lejupielādētu datu lapu vai pieprasītu paraugus. AD8367 parasti ir pieejams noliktavā, un ir pieejama arī novērtēšanas dēlis. Pateicības Inovatīvo AD8367 izstrādāja Barrie Gilbert un John Cowles.

Atstāj ziņu 

Message saraksts