X-Amp™, מגבר חדש של 45dB, 500 מגה-הרץ (VGA) מפשט עיצובים של מקלטים אדפטיביים

מבוא עיצוב ציוד תקשורת אלחוטי מתחיל בדרך כלל בהגדרה וניתוח שרשרת אותות אסטרטגיים. נתון רעש (NF), ליניאריות, עיוות וטווח דינמי צריך לשקול בשלב מוקדם של מחזור פיתוח המוצר כדי לזהות כראוי את מפרטי הרכיבים עבור כל אלמנט בנתיב האות. ניתוח תקציב שרשרת אותות מאפשר למתכננים לבחור במהירות רכיבים, לנתח ולהשוות את הביצועים של ארכיטקטורות עיצוב הנחשבות. האתגר גדול יותר במערכות תקשורת ניידות, שבהן יש להתמקד בתשומת לב מיוחדת בסלקטיביות הספקטרלית, הליניאריות והמנגנונים של הרעש הקשורים לבלוקים של אותות RF ו-IF. ניתן לעצב את המקלטים כדי לספק רגישות אדפטיבית לחוזק האות הנכנס על ידי שימוש ברווח משתנה בתדרי IF הנמוכים יותר, שם קל יותר לתמרן את האות המעניין. רוב הטיפוח הספקטרלי (עיצוב וסינון תדרים) נוטה להיות מיושם בתדרי IF הנמוכים שבהם ניתן לממש בקלות מסנני מעבר פס צר מאוד באמצעות מכשירי SAW, גבישים ורשתות מסנן RLC פסיביות. לאחר בחירת ערוץ מדויקת, ניתן להשתמש במעגלי בקרת רווח אוטומטי (AGC) כדי לשנות את קנה המידה של האות המתקבל לרמה הרצויה. השימוש ב-AGC מניב עיצוב מקלט שרגישותו משתנה, בהתבסס על עוצמת האות המתקבל. רגישות אדפטיבית מפחיתה את ההשפעות של מרחק הגלום בסביבות ניידות של ערוץ דהייה. לעתים קרובות נחוצים מגברים בעלי עוצמה משתנה גבוהה כדי לספק את הטווח הדינמי ואת ביצועי הרעש הדרושים. רקע מגברי רווח משתנה (VGA) שימשו במגוון ציוד חישה ותקשורת מרחוק במשך יותר מחצי מאה. יישומים החל מאולטרסאונד, מכ"ם, לידר ועד תקשורת אלחוטית - ואפילו ניתוח דיבור - ניצלו רווח משתנה בניסיון לשפר את הביצועים הדינמיים. עיצובים מוקדמים השיגו בחירת רווחים על ידי החלפת שלבי מגבר רווח קבוע כדי להתאים את רגישות המקלט בצורה בינארית. יישומים מאוחרים יותר השתמשו במנחתי צעד ואחריהם במגברים בעלי הגבר קבוע כדי להשיג מגוון רחב יותר של בקרת רווח בדידה. עיצובים מודרניים משיגים הגבר רציף מבוקר מתח, תוך שימוש בטכניקות אנלוגיות, באמצעים כגון מנחתי מתח משתנים (VVAs), מכפילים אנלוגיים ואינטרפולטורים רווחים. האיור 1. ארכיטקטורות אופייניות עם רווח משתנה. מגוון ארכיטקטורות משמשות בדרך כלל כדי לספק שליטה מתמשכת ונפרדת ברווח משתנה. יישומים כגון בקרת רווח אוטומטית דורשים לעתים קרובות שליטה רציפה אנלוגית רציפה. העיצובים הפשוטים ביותר משתמשים במכפילים אנלוגיים ואחריהם מגברי חיץ עם רווח קבוע. תכנונים כאלה כוללים לרוב פונקציית בקרת רווח לא ליניארית הדורשת כיול. בנוסף, ליבות המכפיל סובלות מתלות בטמפרטורה ובמתח אספקה ​​שעלולות לגרום לדיוק ויציבות לקויים של חוקי ההגבר, כמו גם וריאציה בלתי מקובלת של רווח בתדר גבוה. עיצובים שמשתמשים בארכיטקטורות קדם מגבר/מחליש/מגבר לאחר יכולים לספק פעולה עם רעש נמוך ורוחב פס טוב, אך נוטים להיות בעלי יירוט נמוך מסדר שלישי (IIP3), דבר המגביל את יכולתם לבצע במקלטים בעלי טווח דינמי גבוה. . סוג אחר של פתרונות משתמש במנחתים משתני מתח, ואחריו רווח קבוע לאחר הגברה. VVAs יכולים לספק פונקציית העברת הנחתה מדויקת שהיא לינארית ב- dB, אך לעתים קרובות יש צורך להפיל VVAs מרובים על מנת לספק טווח הנחתה מתאים. המדרוג מביא לרגישות מוגברת לווריאציות של פונקציית העברת ההנחתה. לפעמים יש צורך להגביר מראש את האות כדי לחצץ את מקור האות מהשפעות הטעינה של ה-VVA, כמו גם להקטין את השפעת המנחת על נתוני הרעש. הרווח הגבוה הנדרש כדי להניב נתון רעש נמוך גורם לירוט קלט מסדר שלישי מופחת. האיור 2. אדריכלות ה- AD8367 X-Amp VGA. ה- AD8367 X-AMP VGA עם AGC ארכיטקטורת ה- X-AMP, שמקורה לפני עשר שנים במכשירי Analog AD600 ו- AD602, (Analog Dialogue 26-2, 1992), מאפשרת פונקציית בקרת רווח לינארית ב- dB שהיא בעצם ללא תלות בטמפרטורה. הוא מורכב מרשת סולם התנגדות, יחד עם מגבר ליניארי מאוד ושלב אינטרפולטור, כדי לספק פונקציית בקרת רווח ליניארית ב-dB רציפה. ה-AD8367 (איור 2) הוא הדור האחרון של X-AMP VGAs. העיצוב שלה מיושם על תהליך חדש דו-קוטבי-משלים דו קוטבי חדש (XFCB2.0) המספק רווח בינוני למאות מגה-הרץ ושינוי לינאריות בתדרים גבוהים מזה שהיה זמין עד כה בעיבוד מוליכים למחצה רגילים. כפי שמראה איור 2, אות הקלט מופעל על רשת סולם התנגדות R-nR בעלת 9 שלבים עם הפניה לקרקע, שנועדה לייצר שלבי הנחתה של 5dB בין נקודות הברז. בקרת רווח חלקה מושגת על ידי חישת נקודות הברז עם שלבי טרנסודוקציה משתנה (gm). בהתאם למתח בקרת ההגבר, אינטרפולטור בוחר אילו שלבים פעילים. לדוגמה, אם השלב הראשון פעיל, נקודת ההקשה של 0-dB מורגשת; אם השלב האחרון פעיל, נקודת ה-45-dB מורגשת. רמות הנחתה הנופלות בין נקודות הברז מושגות על ידי הפעלת שלבי GM שכנים בו-זמנית, יצירת ממוצע משוקלל של הנחתות נקודת הברז הבדידות. באופן זה, פונקציית הנחתה חלקה, מונוטונית, ליניארית ב-dB עם קנה מידה מדויק מאוד מסונתזת. ניתן לבטא את פונקציית ההעברה הלינארית ב-dB האידיאלית כך: (1) כאשר MY הוא סולם ההגברה (השיפוע) המתבטא בדרך כלל ב-dB/V, בדרך כלל 50 dB/V (או 20 mV/dB) BZ הוא יירוט ההגבר ב- dB, בדרך כלל –5 dB, הרווח המופרז עבור VGAIN = 0 V. VGAIN הוא מתח בקרת ההגבר מתאר החיבור הבסיסי של ה-AD8367, פונקציית העברת ההגבר ודפוס שגיאת ההגבר האופיינית מומחשים באיור 3, המציג את השיפוע של פונקציית העברת ההגבר של 50 dB/V ו-5-dB יירוט על פני רווח- טווח מתח בקרה של 50 mV ≤ VGAIN ≤ 950mV. המכשיר מאפשר להפוך את שיפוע הרווח על ידי רצועת סיכה פשוטה של ​​סיכת MODE. מצב ההגברה ההפוכה נוח ביישומי בקרת הגבר האוטומטית (AGC), כאשר פונקציית בקרת ההגבר נגזרת מאינטגרטור שגיאה, המשווה את הספק המוצא שזוהה לרמת נקודת קבע קבועה מראש. גלאי חוק מרובע ומשלב הטעויות, המשולב על שבב, מאפשרים להשתמש במכשיר כתת מערכת AGC עצמאית. האיור 3. מעגל יישום VGA בסיסי של AD8367 ופונקציית העברת בקרת רווח, מציג שגיאות אופייניות בטמפרטורות שונות. מעגל AGC עצמאי אופייני מוצג באיור 4, יחד עם תגובת תחום הזמן שלו לשלב מתח כניסה של 10 dB. בדוגמה זו קלט האות הוא סינוסואיד של 70 מגהרץ, והקלט שלו מאופנן בצעדים מ –17 ל –7 dBm (מתייחס ל 200 אוהם). הספק אות המוצא נמדד כמתח על ידי גלאי החוק הריבועי הפנימי ובהשוואה להתייחסות פנימית של 354 mV rms. פלט הגלאי הוא זרם, המשולב באמצעות קבל חיצוני, CAGC. המתח המתפתח על פני קבל CAGC מניע את סיכת ה- GAIN כדי להפחית או להגדיל את הרווח. הלולאה מתייצבת כאשר ערך ה-rms של רמת אות המוצא משתווה להתייחסות הפנימית של 354mV. כאשר אות הכניסה הוא פחות מ-354-mV rms, פין DETO שוקע זרם מה שמפחית את המתח בפין GAIN. כאשר אות הקלט עולה מעל 354 mV rms, פין ה-DETO מפיק זרם וגורם לעלייה במתח בפין ה-GAIN. מצב ההגבר ההפוך נדרש ביישום זה כדי להבטיח שההגבר יקטן כאשר ערך ה-rms של אות הקלט חורג מההתייחסות הפנימית. המתח המתקבל המופעל על פין ה-GAIN, VAGC, יכול לשמש כאינדיקציה של חוזק אות מתקבל (RSSI), המייצג את עוצמת אות הכניסה בהשוואה להתייחסות של 354 mV rms. עבור צורת גל סינוסואידית זה גורם לאות פלט של 1-V pp לעומס של 200 אוהם. האיור 4. מעגל יישומים בסיסי AD8367 AGC ותגובת תחום זמן ב -70 מגהרץ. ניתוח שרשרת אותות ארכיטקטורה מודרנית של superheterodyne מתוארת באיור 5. ה- AD8367 משמש בנתיב הקבלה (Rx) להתאמה אדפטיבית של רווח הכללי של המקלט ככל שרמת אות ה- RF משתנה. בנתיב השידור (Tx), ה- AD8367 משמש יחד עם גלאי כוח RF כדי לשמור על רמת הספק פלט רצויה. האיור 5. ארכיטקטורת Superheterodyne באמצעות VGAs לבקרת רמת IF. VGA משמשים בשלבי תדר ביניים כדי להתאים את הרגישות הכוללת של המקלט באופן אדפטיבי ולשלוט ברמות ההספק המשודרות. בהתחשב בנתיב הקבלה, ניתן להעריך את הרגישות הכוללת והטווח הדינמי באמצעות ניתוח תקציב נתיב אותות. עבור דוגמה זו נבחר אות PCS-CDMA, תוך שימוש ברוחב פס רעש של 1-MHz. עבודה לאחור מהפלט של AD8367 IF VGA, ניתן לנתח את רגישות הקלט והטווח הדינמי. איור 6 מייצג ניתוח תקציב מפורט מכניסת המקלט לפלט של ה-IF VGA. האיור 6. ניתוח תקציב נתיב Rx עבור CDMA 1900 MHz עם IF 70 MHz. בדוגמה שלמעלה, ה-AD8367 שולט ברמות האות המתקבלות לפני מפזר ה-I&Q. ה-AD8367 הוא דוגמה ל-VGA שמשתמש בהנחתה משתנה ואחריה במגבר שלאחר הגבר. סגנון זה של VGA יציג למעשה OIP3 קבוע ונתון רעש המשתנה בהתאם להגדרת הרווח. ה-AD8367 מספק נתוני רעש מינימליים בהגברה מקסימלית ומקסימום יירוט קלט מסדר שלישי בהגבר מינימלי. שילוב ייחודי זה מאפשר שליטה דינאמית ברגישותו של המקלט ובלינאריות הקלט, המבוססת על חוזק האות המתקבל. AD8367 (הקלק על קישור זה לגליונות מידע ומידע נוסף) מאופיין בטמפרטורה שבין –40 ל- +85 ° C והוא ארוז באריזה עם קווי מתאר קטנים בעלי כוונון דק של 14 עופרות (TSSOP). הוא פועל על ספק יחיד של 3 עד 5 וולט. למכשיר יש רוחב פס פעולה -3-dB של 500 מגה-הרץ; וגיליון הנתונים שלו מספק מפרטים מפורטים בתדרי IF נפוצים - כגון 70 מגה-הרץ, 140 מגה-הרץ, 190 מגה-הרץ ו-240 מגה-הרץ. אם אתה קורא את ה-PDF או הגרסה המודפסת של מאמר זה, בקר בכתובת www.analog.com כדי להוריד את גיליון הנתונים או לבקש דוגמאות. ה-AD8367 זמין בדרך כלל מהמלאי, וגם לוח הערכה זמין. תודות AD8367 החדשני תוכנן על ידי בארי גילברט וג'ון קאולס.

השאר הודעה 

רשימת הודעות