X-Amp ™ ، مضخم متغير الكسب المتغير (VGA) بقدرة 45 ديسيبل و 500 ميجاهرتز يبسط تصميمات جهاز الاستقبال التكيفي

مقدمة عادة ما يبدأ تصميم معدات الاتصالات اللاسلكية بتعريف وتحليل سلسلة الإشارات الإستراتيجية. يجب النظر في شكل الضوضاء (NF) والخطية والتشويه والنطاق الديناميكي في مرحلة مبكرة من دورة تطوير المنتج لتحديد مواصفات المكونات بشكل صحيح لكل عنصر في مسار الإشارة. يسمح تحليل ميزانية سلسلة الإشارة للمصممين باختيار المكونات بسرعة وتحليل ومقارنة أداء بنيات التصميم التي يتم أخذها في الاعتبار. التحدي أكبر في أنظمة الاتصالات المتنقلة ، حيث يحتاج الأمر إلى تركيز اهتمام خاص على الانتقائية الطيفية وآليات الخطية والضوضاء المرتبطة بفدرات إشارات التردد الراديوي والتردد اللاسلكي. يمكن تصميم أجهزة الاستقبال لتوفير حساسية تكيفية لقوة الإشارة الواردة من خلال استخدام الكسب المتغير عند ترددات IF المنخفضة ، حيث يكون من الأسهل معالجة الإشارة محل الاهتمام. تميل معظم الاستمالة الطيفية (تشكيل التردد والترشيح) إلى التنفيذ عند ترددات IF المنخفضة حيث يمكن تحقيق مرشحات تمرير النطاق الضيق بسهولة من خلال استخدام أجهزة SAW والبلورات وشبكات مرشح RLC ذات العناصر المجمعة المنفعلة. بعد التحديد الدقيق للقناة ، يمكن استخدام دارة التحكم التلقائي في الكسب (AGC) لتوسيع نطاق الإشارة المستقبلة إلى المستوى المطلوب. ينتج عن استخدام AGC تصميم جهاز استقبال تختلف حساسيته بناءً على قوة الإشارة المستقبلة. تقلل الحساسية التكيفية من تأثيرات المسافة المتأصلة في البيئات المتنقلة ذات القنوات المتلاشية. غالبًا ما تكون مكبرات الصوت المتغيرة عالية الأداء ضرورية لتوفير النطاق الديناميكي المطلوب وأداء الضوضاء. الخلفية تم استخدام مكبرات الصوت المتغيرة (VGAs) في مجموعة متنوعة من أجهزة الاستشعار عن بعد والاتصالات لأكثر من نصف قرن. تستخدم التطبيقات التي تتراوح من الموجات فوق الصوتية والرادار والليدار إلى الاتصالات اللاسلكية - وحتى تحليل الكلام - مكاسب متغيرة في محاولة لتحسين الأداء الديناميكي. حققت التصميمات المبكرة اختيار الكسب من خلال تبديل مراحل مضخم الكسب الثابت لضبط حساسية المستقبِل بطريقة ثنائية. استخدمت التطبيقات اللاحقة مخففات الخطوة متبوعة بمضخمات الكسب الثابت لتحقيق نطاق أوسع من التحكم في الكسب المنفصل. تحقق التصميمات الحديثة كسبًا مستمرًا يتم التحكم فيه بالجهد ، باستخدام تقنيات تمثيلية ، بوسائل مثل مخففات الجهد المتغير (VVAs) ، والمضاعفات التناظرية ، ومُحَوِلات الكسب. الرقم 1. معماريات الكسب المتغير النموذجية. يتم استخدام مجموعة متنوعة من البنى بشكل شائع لتوفير التحكم المستمر والمتغير المتغير. غالبًا ما تتطلب التطبيقات مثل التحكم التلقائي في الكسب تحكمًا مستمرًا في الكسب التناظري. تستخدم التصميمات الأكثر وضوحًا المضاعفات التناظرية متبوعة بمضخمات عازلة ثابتة الكسب. غالبًا ما تتضمن مثل هذه التصميمات وظيفة التحكم في الكسب غير الخطية التي تتطلب المعايرة. بالإضافة إلى ذلك ، تعاني النوى المضاعفة من تبعيات درجة الحرارة والجهد العرضي التي يمكن أن تؤدي إلى ضعف في دقة واستقرار قانون الكسب ، بالإضافة إلى تباين غير مقبول في الكسب عالي التردد. يمكن أن توفر التصميمات التي تستخدم بنيات ما قبل مكبر الصوت / المخفف / ما بعد مكبر الصوت تشغيلًا منخفض الضوضاء وعرض نطاق ترددي جيد ، ولكنها تميل إلى الحصول على مدخلات منخفضة جدًا من الدرجة الثالثة (IIP3) ، مما يحد من قدرتها على الأداء في مستقبلات النطاق الديناميكي العالي . فئة أخرى من الحلول تستخدم مخففات الجهد المتغير ، متبوعة بكسب ثابت بعد التضخيم. يمكن أن توفر VVAs دالة نقل توهين دقيقة تكون خطية بالديسيبل ، ولكن من الضروري في كثير من الأحيان تسلسل VVAs المتعددة من أجل توفير مدى توهين مناسب. يؤدي التعاقب إلى زيادة الحساسية للتغيرات في وظيفة نقل التوهين. من الضروري في بعض الأحيان تضخيم الإشارة من أجل تخزين مصدر الإشارة مؤقتًا من تأثيرات التحميل لـ VVA ، وكذلك لتقليل تأثير المخفف على عامل الضوضاء. ينتج عن الكسب العالي المطلوب لإنتاج رقم ضوضاء منخفض انخفاضًا في اعتراض المدخلات من الدرجة الثالثة. الرقم 2. هندسة AD8367 X-Amp VGA. AD8367 X-AMP VGA مع AGC هندسة X-AMP ، التي نشأت قبل عشر سنوات مع الأجهزة التناظرية AD600 و AD602 ، (Analog Dialogue 26-2 ، 1992) ، تسمح بوظيفة التحكم في الكسب الخطي في ديسيبل والتي هي أساسًا بغض النظر عن درجة الحرارة. وهي تتألف من شبكة سلم مقاومة ، جنبًا إلى جنب مع مكبر خطي للغاية ومرحلة إقحام ، لتوفير وظيفة التحكم في الكسب الخطي المستمر في ديسيبل. AD8367 (الشكل 2) هو أحدث جيل من X-AMP VGAs. يتم تنفيذ تصميمه على عملية جديدة فائقة السرعة ثنائية القطب (XFCB2.0) توفر ربحًا معتدلًا يصل إلى مئات MHz وتحسين الخطي عند ترددات أعلى مما هو متاح حتى الآن مع معالجة أشباه الموصلات التقليدية. كما يوضح الشكل 2 ، يتم تطبيق إشارة الدخل على شبكة سلم مقاومة R-nR ذات 9 مراحل مذكورة على الأرض ، مصممة لإنتاج خطوات توهين تبلغ 5 ديسيبل بين نقاط الضغط. يتم تحقيق التحكم السلس في الكسب عن طريق استشعار نقاط الضغط بمراحل التوصيل المتغير (gm). اعتمادًا على جهد التحكم في الكسب ، يقوم المحرف بتحديد المراحل النشطة. على سبيل المثال ، إذا كانت المرحلة الأولى نشطة ، يتم استشعار نقطة الضغط 0 ديسيبل ؛ إذا كانت المرحلة الأخيرة نشطة ، يتم استشعار نقطة 45 ديسيبل. يتم تحقيق مستويات التوهين التي تقع بين نقاط الضغط من خلال تنشيط مراحل gm المجاورة في وقت واحد ، مما يؤدي إلى إنشاء متوسط ​​مرجح لتوهينات نقطة الضغط المنفصلة. بهذه الطريقة ، يتم تصنيع دالة توهين سلسة ، رتيبة ، خطية في ديسيبل مع تحجيم دقيق للغاية. يمكن التعبير عن وظيفة النقل الخطية المثالية في ديسيبل على النحو التالي: (1) حيث يكون MY هو مقياس الكسب (المنحدر) المعبر عنه عادةً في dB / V ، عادةً 50 dB / V (أو 20 mV / dB) BZ هو تقاطع الكسب في dB ، عادةً -5 ديسيبل ، الكسب الاستقرائي لـ VGAIN = 0 V. VGAIN هو جهد التحكم في الكسب ، يوضح الشكل 8367 مخطط التوصيل الأساسي AD3 ، ووظيفة تحويل الكسب ، ونمط خطأ الكسب النموذجي ، ويوضح ميل وظيفة تحويل الكسب بمقدار 50 ديسيبل / فولت وتقاطع -5 ديسيبل على كسب- نطاق جهد التحكم 50 مللي فولت ، VGAIN ، 950 مللي فولت. يسمح الجهاز بعكس منحدر الكسب بواسطة حزام دبوس بسيط من دبوس MODE. يعتبر وضع الكسب العكسي مناسبًا في تطبيقات التحكم التلقائي في الكسب (AGC) ، حيث يتم اشتقاق وظيفة التحكم في الكسب من مكمل الأخطاء ، والذي يقارن طاقة الخرج المكتشفة بمستوى نقطة محددة مسبقًا. يسمح كاشف القانون التربيعي ومتكامل الأخطاء ، المدمجان على الرقاقة ، باستخدام الجهاز كنظام فرعي AGC قائم بذاته. الرقم 3. دائرة تطبيق AD8367 VGA الأساسية ووظيفة نقل التحكم في الكسب ، والتي تعرض أخطاء نموذجية في درجات حرارة مختلفة. تظهر دائرة AGC النموذجية المستقلة في الشكل 4 ، جنبًا إلى جنب مع استجابتها للمجال الزمني لخطوة جهد دخل 10 ديسيبل. في هذا المثال ، يكون دخل الإشارة جيبيًا بتردد 70 ميجاهرتز ، ومدخله مُعدَّل خطوة من 17- إلى -7 ديسيبل ميلي واط (يُشار إليه بـ 200 أوم). يتم قياس قوة إشارة الخرج كجهد كهربائي بواسطة كاشف قانون التربيع الداخلي ومقارنتها بمرجع جذر متوسط ​​تربيع داخلي 354 مللي فولت. خرج الكاشف عبارة عن تيار مدمج باستخدام مكثف خارجي CAGC. يعمل الجهد الذي يتم تطويره عبر مكثف CAGC على دفع دبوس GAIN لتقليل الكسب أو زيادته. يتم تثبيت الحلقة عندما تصبح قيمة جذر متوسط ​​التربيع لمستوى إشارة الخرج مساوية للمرجع الداخلي 354 مللي فولت. عندما تكون إشارة الإدخال أقل من 354-mV rms ، فإن دبوس DETO يغرق التيار مما يقلل الجهد عند دبوس GAIN. مع زيادة إشارة الدخل إلى ما يزيد عن 354 مللي فولت جذر متوسط ​​التربيع ، فإن مصدر دبوس DETO الحالي يتسبب في زيادة الجهد عند دبوس GAIN. أسلوب الكسب العكسي مطلوب في هذا التطبيق للتأكد من أن الكسب يتناقص عندما تتجاوز قيمة جذر متوسط ​​التربيع لإشارة الدخل المرجع الداخلي. يمكن استخدام الجهد الناتج المطبق على دبوس GAIN ، VAGC ، كمؤشر لقوة الإشارة المستقبلة (RSSI) ، والذي يمثل قوة إشارة الدخل مقارنة بمرجع rms 354 mV. بالنسبة لشكل الموجة الجيبية ، ينتج عن ذلك إشارة خرج 1-V pp لحمل 200 أوم. الرقم 4. دارة تطبيق AD8367 الأساسية AGC واستجابة المجال الزمني عند 70 ميجاهرتز. تحليل سلسلة الإشارة تم توضيح بنية متغايرة حديثة في الشكل 5. يتم استخدام AD8367 في مسار الاستقبال (Rx) لضبط كسب المستقبل الكلي بشكل تكيفي مع تغير مستوى إشارة التردد اللاسلكي. في مسار الإرسال (Tx) ، يتم استخدام AD8367 جنبًا إلى جنب مع كاشف طاقة التردد اللاسلكي للحفاظ على مستوى طاقة الإخراج المطلوب. الرقم 5. بنية متغايرة فائقة باستخدام VGAs للتحكم في مستوى IF. تُستخدم VGAs في مراحل التردد الوسيطة لضبط حساسية المستقبل الكلية بشكل تكيفي وللتحكم في مستويات القدرة المرسلة. بالنظر إلى مسار الاستقبال ، يمكن تقييم الحساسية الكلية والمدى الديناميكي باستخدام تحليل ميزانية مسار الإشارة. في هذا المثال ، تم تحديد إشارة PCS-CDMA ، باستخدام عرض نطاق ضوضاء 1 ميجا هرتز. من خلال العمل للخلف من خرج AD8367 IF VGA ، يمكن تحليل حساسية الإدخال والنطاق الديناميكي. يمثل الشكل 6 تحليلًا تفصيليًا للميزانية من إدخال المستقبِل إلى إخراج IF VGA. الرقم 6. تحليل ميزانية مسار Rx لـ 1900 ميجا هرتز CDMA مع 70 ميجا هرتز IF. في المثال أعلاه ، تلقت عناصر التحكم AD8367 مستويات إشارة قبل أداة إزالة التشكيل I&Q. AD8367 هو مثال على VGA الذي يستخدم التوهين المتغير متبوعًا بمكبر الصوت بعد الكسب. سيعرض هذا النمط من VGA أساسًا OIP3 ثابتًا وشكل ضوضاء يختلف باختلاف إعداد الكسب. يوفر AD8367 الحد الأدنى من عامل الضوضاء عند أقصى كسب وأقصى اعتراض من الدرجة الثالثة للإدخال عند الحد الأدنى من الكسب. يسمح هذا المزيج الفريد بالتحكم الديناميكي في حساسية جهاز الاستقبال وخطية الإدخال ، بناءً على قوة الإشارة المستقبلة. يتميز AD8367 (انقر فوق هذا الارتباط للحصول على أوراق البيانات ومزيد من المعلومات) بدرجة حرارة أعلى من -40 إلى +85 درجة مئوية ويتم تعبئتها في حزمة ذات مخطط صغير صغير الحجم مكونة من 14 رصاصًا (TSSOP). تعمل على مصدر واحد من 3 إلى 5 فولت. يحتوي الجهاز على عرض نطاق تشغيل -3 ديسيبل يبلغ 500 ميجا هرتز ؛ توفر صحيفة البيانات الخاصة بها مواصفات تفصيلية عند ترددات IF الشائعة - مثل 70 ميجاهرتز و 140 ميجاهرتز و 190 ميجاهرتز و 240 ميجاهرتز. إذا كنت تقرأ ملف PDF أو نسخة مطبوعة من هذه المقالة ، فيرجى زيارة www.analog.com لتنزيل ورقة البيانات أو لطلب عينات. يتوفر AD8367 عادةً من المخزون ، كما يتوفر أيضًا لوحة تقييم. شكر وتقدير تم تصميم AD8367 المبتكر بواسطة Barrie Gilbert و John Cowles.

اترك رسالة 

قائمة الرسالة