X-Amp ™, Bộ khuếch đại độ lợi biến đổi (VGA) 45 dB, 500 MHz mới, đơn giản hóa thiết kế bộ thu thích ứng

Giới thiệu Thiết kế thiết bị truyền thông không dây thường bắt đầu với việc xác định và phân tích chuỗi tín hiệu chiến lược. Hình ảnh tiếng ồn (NF), độ tuyến tính, độ méo và dải động đều cần được xem xét ở giai đoạn đầu trong chu kỳ phát triển sản phẩm để xác định đúng thông số kỹ thuật thành phần cho từng phần tử trong đường dẫn tín hiệu. Phân tích ngân sách chuỗi tín hiệu cho phép các nhà thiết kế nhanh chóng lựa chọn các thành phần, phân tích và so sánh hiệu suất của các kiến ​​trúc thiết kế đang được xem xét. Thách thức lớn hơn trong các hệ thống thông tin di động, nơi cần chú ý đặc biệt đến tính chọn lọc phổ, độ tuyến tính và cơ chế nhiễu liên quan đến các khối tín hiệu RF và IF. Máy thu có thể được thiết kế để cung cấp độ nhạy thích ứng với cường độ tín hiệu đến bằng cách sử dụng độ lợi thay đổi ở tần số IF thấp hơn, nơi dễ dàng thao tác tín hiệu quan tâm hơn. Hầu hết việc chỉnh sửa phổ (định hình và lọc tần số) có xu hướng được thực hiện ở các tần số IF thấp hơn, nơi có thể dễ dàng nhận ra các bộ lọc thông dải rất hẹp thông qua việc sử dụng các thiết bị SAW, tinh thể và mạng bộ lọc RLC phần tử gộp thụ động. Sau khi lựa chọn kênh chính xác, mạch điều khiển độ lợi tự động (AGC) có thể được sử dụng để mở rộng tín hiệu nhận được đến mức mong muốn. Việc sử dụng AGC mang lại một thiết kế máy thu có độ nhạy khác nhau, dựa trên cường độ tín hiệu nhận được. Độ nhạy thích ứng làm giảm ảnh hưởng của khoảng cách vốn có trong môi trường di động kênh mờ. Các bộ khuếch đại độ lợi thay đổi hiệu suất cao thường cần thiết để cung cấp dải động và hiệu suất tiếng ồn cần thiết. Cơ sở Bộ khuếch đại độ lợi biến đổi (VGA) đã được sử dụng trong nhiều loại thiết bị viễn thám và thông tin liên lạc trong hơn nửa thế kỷ. Các ứng dụng từ siêu âm, radar, lidar đến truyền thông không dây — và thậm chí cả phân tích giọng nói — đã sử dụng độ lợi thay đổi trong nỗ lực nâng cao hiệu suất động. Các thiết kế ban đầu đã đạt được lựa chọn độ lợi bằng cách chuyển mạch các tầng khuếch đại độ lợi cố định để điều chỉnh độ nhạy của máy thu theo kiểu nhị phân. Các triển khai sau này đã sử dụng bộ suy hao bước, tiếp theo là bộ khuếch đại độ lợi cố định để đạt được phạm vi điều khiển độ lợi rời rạc rộng hơn. Các thiết kế hiện đại đạt được độ lợi điều khiển điện áp liên tục, sử dụng các kỹ thuật tương tự, bằng các phương tiện như bộ suy hao biến đổi điện áp (VVA), bộ nhân tương tự và bộ nội suy độ lợi. Hình 1. Các kiến ​​trúc tăng ích biến điển hình. Một loạt các kiến ​​trúc thường được sử dụng để cung cấp cả kiểm soát độ lợi biến đổi liên tục và rời rạc. Các ứng dụng như điều khiển độ lợi tự động thường yêu cầu điều khiển độ lợi tương tự liên tục. Các thiết kế đơn giản nhất sử dụng hệ số nhân tương tự, tiếp theo là các bộ khuếch đại đệm có độ lợi cố định. Các thiết kế như vậy thường liên quan đến một chức năng điều khiển độ lợi phi tuyến yêu cầu hiệu chuẩn. Ngoài ra, các lõi hệ số nhân chịu sự phụ thuộc của nhiệt độ và điện áp cung cấp có thể dẫn đến độ chính xác và độ ổn định của luật tăng ích kém, cũng như sự thay đổi độ lợi tần số cao không thể chấp nhận được. Các thiết kế sử dụng kiến ​​trúc tiền khuếch đại / bộ suy giảm / sau bộ khuếch đại có thể cung cấp hoạt động ít tiếng ồn và băng thông tốt, nhưng có xu hướng có đầu vào khá thấp đánh chặn bậc ba (IIP3), hạn chế khả năng hoạt động của chúng trong các máy thu dải động cao. . Một loại giải pháp khác sử dụng bộ suy hao biến đổi điện áp, tiếp theo là bộ khuếch đại sau khuếch đại cố định. Các VVA có thể cung cấp một chức năng truyền suy hao chính xác là tuyến tính tính bằng dB, nhưng thường cần phân tầng nhiều VVA để cung cấp phạm vi suy hao thích hợp. Việc phân tầng dẫn đến tăng độ nhạy đối với các biến thể của hàm truyền suy giảm. Đôi khi cần phải tiền khuếch đại tín hiệu để đệm nguồn tín hiệu khỏi các hiệu ứng tải của VVA, cũng như để giảm ảnh hưởng của bộ suy hao lên con số nhiễu. Mức khuếch đại cao cần thiết để mang lại một con số tiếng ồn thấp dẫn đến giảm mức đánh chặn đầu vào bậc ba. Hình 2. Kiến trúc của VGA AD8367 X-Amp. VGA AD8367 X-AMP với AGC Kiến trúc X-AMP, bắt nguồn từ 600 năm trước với Thiết bị tương tự AD602 và AD26, (Đối thoại tương tự 2-1992, XNUMX), cho phép chức năng điều khiển độ lợi tuyến tính theo dB về cơ bản là không phụ thuộc vào nhiệt độ. Nó bao gồm một mạng bậc thang điện trở, cùng với bộ khuếch đại tuyến tính cao và tầng nội suy, để cung cấp chức năng điều khiển độ lợi theo dB tuyến tính liên tục. AD8367 (Hình 2) là thế hệ VGA X-AMP mới nhất. Thiết kế của nó được thực hiện trên quy trình lưỡng cực bổ sung cực nhanh mới (XFCB2.0) cung cấp độ lợi vừa phải lên đến hàng trăm MHz và cải thiện độ tuyến tính ở các tần số cao hơn so với quy trình xử lý bán dẫn thông thường trước đây. Như Hình 2 cho thấy, tín hiệu đầu vào được áp dụng cho mạng thang điện trở 9 tầng R-nR được quy chiếu trên mặt đất, được thiết kế để tạo ra mức suy giảm 5 dB giữa các điểm chạm. Kiểm soát độ lợi trơn tru đạt được bằng cách cảm nhận các điểm vòi với các giai đoạn biến đổi độ dẫn (gm). Tùy thuộc vào điện áp điều khiển khuếch đại, bộ nội suy chọn các giai đoạn đang hoạt động. Ví dụ, nếu giai đoạn đầu tiên đang hoạt động, điểm nhấn 0 dB sẽ được cảm nhận; nếu giai đoạn cuối đang hoạt động, điểm 45 dB sẽ được cảm nhận. Các mức suy giảm nằm giữa các điểm chạm đạt được bằng cách các giai đoạn gm lân cận hoạt động đồng thời, tạo ra mức trung bình có trọng số của các điểm suy giảm rời rạc. Theo cách này, một hàm suy giảm tuyến tính theo dB mượt mà, đơn điệu với tỷ lệ rất chính xác được tổng hợp. Hàm truyền tuyến tính theo dB lý tưởng có thể được biểu thị như sau: (1) trong đó MY là thang đo độ lợi (độ dốc) thường được biểu thị bằng dB / V, thường là 50 dB / V (hoặc 20 mV / dB) BZ là độ lợi chặn tính bằng dB, thường là –5 dB, độ lợi ngoại suy cho VGAIN = 0 V. VGAIN là điện áp điều khiển độ lợi Sơ lược kết nối cơ bản của AD8367, chức năng truyền độ lợi và mẫu lỗi độ lợi điển hình được minh họa trong Hình 3, cho thấy độ dốc của hàm truyền độ lợi là 50 dB / V và đánh chặn –5 dB trên độ lợi- dải điện áp điều khiển 50 mV ≤ VGAIN ≤ 950mV. Thiết bị cho phép đảo ngược độ dốc khuếch đại bằng một dây đeo chân đơn giản của chân MODE. Chế độ khuếch đại nghịch đảo thuận tiện trong các ứng dụng điều khiển độ lợi tự động (AGC), trong đó chức năng kiểm soát độ lợi bắt nguồn từ bộ tích hợp lỗi, so sánh công suất đầu ra được phát hiện với mức điểm đặt được xác định trước. Một bộ phát hiện luật vuông và bộ tích hợp lỗi, được tích hợp trên chip, cho phép thiết bị được sử dụng như một hệ thống con AGC độc lập. Hình 3. Mạch ứng dụng VGA AD8367 cơ bản và chức năng truyền điều khiển độ lợi, hiển thị các lỗi điển hình ở các nhiệt độ khác nhau. Một mạch AGC độc lập điển hình được thể hiện trong Hình 4, cùng với đáp ứng miền thời gian của nó đối với bước điện áp đầu vào 10 dB. Trong ví dụ này, đầu vào tín hiệu là hình sin 70 MHz và đầu vào của nó được điều chế theo bước từ –17 đến –7 dBm (gọi tắt là 200 ohms). Công suất tín hiệu đầu ra được đo dưới dạng điện áp bằng bộ dò luật vuông bên trong và so sánh với tham chiếu rms 354 mV bên trong. Đầu ra của máy dò là một dòng điện, được tích hợp bằng cách sử dụng một tụ điện bên ngoài, CAGC. Điện áp được phát triển trên tụ CAGC thúc đẩy chân GAIN để giảm hoặc tăng độ lợi. Vòng lặp được ổn định khi giá trị rms của mức tín hiệu đầu ra bằng với tham chiếu 354 mV bên trong. Khi tín hiệu đầu vào nhỏ hơn 354 mV rms, chân DETO chìm dòng điện làm giảm điện áp tại chân GAIN. Khi tín hiệu đầu vào tăng trên 354 mV rms, chân DETO tạo nguồn dòng điện làm cho điện áp tại chân GAIN tăng lên. Chế độ khuếch đại nghịch đảo được yêu cầu trong ứng dụng này để đảm bảo rằng độ lợi giảm khi giá trị rms của tín hiệu đầu vào vượt quá tham chiếu bên trong. Điện áp kết quả được áp dụng cho chân GAIN, VAGC, có thể được sử dụng làm chỉ báo cường độ tín hiệu đã nhận (RSSI), đại diện cho cường độ tín hiệu đầu vào so với tham chiếu rms 354 mV. Đối với dạng sóng hình sin, điều này dẫn đến tín hiệu đầu ra pp 1-V cho tải 200 ohm. Hình 4. Mạch ứng dụng AD8367 AGC cơ bản và đáp ứng miền thời gian ở 70 MHz. Phân tích chuỗi tín hiệu Một kiến ​​trúc superheterodyne hiện đại được mô tả trong Hình 5. AD8367 được sử dụng trong đường dẫn nhận (Rx) để điều chỉnh một cách thích ứng độ lợi tổng thể của máy thu khi mức tín hiệu RF thay đổi. Trong đường truyền (Tx), AD8367 được sử dụng cùng với bộ dò công suất RF để duy trì mức công suất đầu ra mong muốn. Hình 5. Kiến trúc Superheterodyne sử dụng VGA để điều khiển mức IF. VGA được sử dụng trong các giai đoạn tần số trung gian để điều chỉnh độ nhạy tổng thể của máy thu một cách thích ứng và để kiểm soát mức công suất truyền. Xem xét đường dẫn nhận, độ nhạy tổng thể và phạm vi động có thể được đánh giá bằng cách sử dụng phân tích ngân sách đường dẫn tín hiệu. Đối với ví dụ này, tín hiệu PCS-CDMA đã được chọn, sử dụng băng thông nhiễu 1 MHz. Làm việc ngược lại từ đầu ra của VGA AD8367 IF, có thể phân tích độ nhạy đầu vào và dải động. Hình 6 mô tả phân tích ngân sách chi tiết từ đầu vào máy thu đến đầu ra của IF VGA. Hình 6. Phân tích ngân sách đường dẫn Rx cho CDMA 1900 MHz với IF 70 MHz. Trong ví dụ trên, AD8367 điều khiển các mức tín hiệu nhận được trước bộ giải điều chế I&Q. AD8367 là một ví dụ về một VGA sử dụng suy hao biến đổi theo sau là một bộ khuếch đại sau khuếch đại. Phong cách VGA này về cơ bản sẽ thể hiện OIP3 không đổi và con số nhiễu thay đổi tùy theo cài đặt độ lợi. AD8367 cung cấp con số tiếng ồn tối thiểu ở mức tăng tối đa và đánh chặn bậc ba đầu vào tối đa ở mức tăng tối thiểu. Sự kết hợp độc đáo này cho phép điều khiển động độ nhạy của máy thu và độ tuyến tính đầu vào, dựa trên cường độ tín hiệu nhận được. AD8367 (nhấp vào liên kết này để biết bảng dữ liệu và thông tin thêm) được đặc trưng ở nhiệt độ từ –40 đến + 85 ° C và được đóng gói trong gói phác thảo nhỏ mỏng 14 chì (TSSOP). Nó hoạt động trên một nguồn cung cấp 3 đến 5 volt duy nhất. Thiết bị có băng thông hoạt động –3-dB là 500 MHz; và bảng dữ liệu của nó cung cấp thông số kỹ thuật chi tiết ở các tần số IF phổ biến - chẳng hạn như 70 MHz, 140 MHz, 190 MHz và 240 MHz. Nếu bạn đang đọc bản PDF hoặc bản in của bài viết này, vui lòng truy cập www.analog.com để tải xuống bảng dữ liệu hoặc yêu cầu mẫu. AD8367 thường có sẵn từ kho, và một hội đồng đánh giá cũng có sẵn. Lời cảm ơn AD8367 sáng tạo được thiết kế bởi Barrie Gilbert và John Cowles.

Để lại lời nhắn 

Danh sách tin nhắn