數(shù)字控制可變增益放大器的優(yōu)勢

　　移動電話基站的性能和其它無線基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)的性能取決于系統(tǒng)從與每個信號塔站連接的大量智能手機以及其它設(shè)備接收無線信號的好壞。提高接收器的信號與噪音比(SNR)，加之提供一個寬泛的信號增益控制范圍將保證各個基站可以提供一致性的性能，同時可最大限度地減少由于信號損失或噪音產(chǎn)生的影響。

　　在移動電話基站中，采用模擬信號或數(shù)字域的方式，可以解調(diào)和解碼中頻(IF)信號。目前，數(shù)字技術(shù)和高速模擬---數(shù)字信號轉(zhuǎn)換器(ADC)方面取得的進展可以使得信號的接收通道直接采用數(shù)字信號的方法進行IF信號的轉(zhuǎn)換。這種信號的轉(zhuǎn)換方法通常稱為IF的二次采樣法，它相對于采用模擬信號解調(diào)方法的接收器系統(tǒng)，可極大地減少接收器使用部件的數(shù)量，同時降低了接收器系統(tǒng)的功耗和成本。

　　IF二次采樣系統(tǒng)一般包括一個驅(qū)動AAF濾波器的數(shù)字控制可變增益放大器(VGA)，該AFF濾波器依次將信號饋入高速模擬---數(shù)字信號轉(zhuǎn)換器(ADC)中。數(shù)字處理ADC的輸出信號，對VGA形成一個混合信號反饋回路，根據(jù)信號的強度進行增益調(diào)整(圖1)。來自DSP的反饋信號調(diào)整增益量，將信號保持在最佳信號---噪音比和最小失真的“最清晰點。”

圖1：接收器系統(tǒng)的一般性框圖

　　Main antenna :主天線 Diversity antenna:分集式天線 LNA：低噪音放大器Cable:電纜

　　From transmitter:從發(fā)射機VCO:低壓控制振蕩器 Down Convert: 降頻轉(zhuǎn)換

　　SAW:表面聲波 if DVGA：高線性度數(shù)字可變增益放大器

　　AAF ：模擬抗混淆濾波器 ADC：模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器 Pipeline:流水線

　　IF二次采樣方法的核心是數(shù)字控制VGA。數(shù)字控制VGAs的多家供應(yīng)商可供貨各種型號、不同IF范圍優(yōu)化的數(shù)字控制VGAs。本文中，我們將使用最近發(fā)布的F1200型數(shù)字控制VGA，作為今天可以提供技術(shù)的一個實例。F1200型數(shù)字控制VGA是IDT公司提供的數(shù)字控制VGA系列產(chǎn)品中的第一個產(chǎn)品，它具有40至160兆赫的IF頻率范圍。未來的系列產(chǎn)品---F1206和F1207將分別提供150至260兆赫和230至300兆赫的頻率范圍。

　　F1200型數(shù)字控制VGA具有7位數(shù)控制接口(相對于其它供應(yīng)商供貨的5位或6位數(shù)字VGAs)，使得增益的增量在-1至+22 dBm的范圍內(nèi)可設(shè)定為0.25dB。這種較細的粒狀分級使得設(shè)計人員可以更好地優(yōu)化系統(tǒng)的性能。同時，增益步進的精確度也非常緊密---小于0.1 dB的變化。

　　此外，F(xiàn)1200型數(shù)字控制VGA的芯片具有的噪音指數(shù)(NF)僅為2.6dB，大大低于其它具有競爭性解決方案芯片的噪音指數(shù)(NF)。芯片較低的噪音指數(shù)(NF)也會有助于簡化系統(tǒng)的設(shè)計，因為可將增益的設(shè)定值保持在略低的數(shù)值，并由此表現(xiàn)為較低的信號失真。F1200型數(shù)字控制VGA芯片本身也提供了非常低的信號失真效果---IP3o達到+48dBm。芯片較低的噪音指數(shù)(NF)和低信號失真性同樣可以簡化后置VGA的濾波電路，由此減少了所使用元件的數(shù)量并降低了成本。此外，低信號失真性提供了增加的無寄生信號動態(tài)范圍(SFDR)，由此使得電路適用于廣泛的應(yīng)用范圍。

　　圖2中的曲線圖給出了2G和3G移動通信系統(tǒng)信號通道的典型性能特征。在圖2的曲線圖中，以特定的2G(GSM)的輸入信號給出了輸出信號。增益值會被調(diào)整致使2G信號放大到僅僅低于ADC最高水平。這些信號之間的互調(diào)導(dǎo)致三階互調(diào)結(jié)果接近理想狀態(tài)和輸出信號。圖中所示在頻率的更遠端二階互調(diào)。此外，輸出噪音以藍色曲線表示。在ADC之前需要濾掉二階互調(diào)和噪音，以避免混入到有用的波段信號中。F1200型數(shù)字控制VGA的IM2失真和增加的噪音都非常低，所以僅需要進行最低限度的濾波。三階結(jié)果和波段內(nèi)的噪音無法過濾掉，所以關(guān)鍵的是選擇類似于F1200型數(shù)字控制VGA---具有非常低三階失真的中頻VGA。

圖2：VGA輸出端的信號、噪音和信號失真

　　Amplitude:(dBm) 幅度( 毫瓦分貝) Frequency Domain Example： 頻域?qū)嵗?/p>

　　Amplitude High Level 2G signals：2G信號高振幅signal to noise Ratio：信噪比

　　Distortion：失真 ADC Max level ：模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器最大值

　　Dynamic Range：動態(tài)范圍 Output Noise Per 3G Channel:3G通道噪音輸出 Noises out：噪音輸出 signal &spur：信號和雜散

　　在實際接收信號通路中，接收到的信號通常通過混頻器，降頻轉(zhuǎn)換頻率，然后通過SAW(表面聲波)濾波器，消除沒有用的信號波齒(圖3)。由此產(chǎn)生的信號將通過數(shù)字控制VGA。F1200型數(shù)字控制VGA的輸入端提供有一個200歐姆的平衡輸入阻抗，該阻抗也非常適合用于其它系統(tǒng)，該阻抗的使用代替了需要與元件進行匹配的外部阻抗。

　　200歐姆的輸出端差分阻抗對ADC的接口也可進行很好的匹配，且設(shè)備的差分特性抵擋偶次亂真信號響應(yīng)。較高階的諧波在饋入ADC之前很容易被AAF濾波器過濾掉。

圖3：從混頻器輸出端至ADC，BTS接收器的后端排列

　　100 MHz SAW Filter ：100 MHz表面聲波濾波器

　　From Rx mixer：從接受器混頻器 GND：接地 ATTN IN:衰減輸入 CS：片選 DATE：數(shù)據(jù) CLK：時鐘信號AMP in：放大器信號Bias AMP：偏置放大器 Bias control ：偏置控制 SPI(untested)：串行外設(shè)接口(未檢測)Decode logic：邏輯解碼

　　AMP out ：放大器出 STGY：電子器件型號 DIG –GND：數(shù)據(jù)處理器接地 100 MHz Discrete Anti-Alias Filter：100 MHz消除鋸齒波的AAF濾波器

　　Pipeline ADC：流水線類型的數(shù)模轉(zhuǎn)換器

　　當ADC轉(zhuǎn)換經(jīng)過調(diào)整后的信號時，通常將經(jīng)過轉(zhuǎn)換的信號輸入到主處理器或數(shù)字信號處理器，主處理器或數(shù)字信號處理器執(zhí)行不同的算法，以進一步優(yōu)化反饋的信號，從而在VGA中設(shè)定最佳增益值。

　　設(shè)計VGA電路板時，電路板的特征是要具有100歐姆的特性阻抗，電路板的布線盡可能短，與此同時長度，噪音、頻寬和信號的損失得到優(yōu)化。

　　F1200型數(shù)字控制VGA的500毫瓦較低的功率消耗也使得電路板的設(shè)計和耐熱通道布局變得非常簡單。無鉛封裝包括一個耐熱墊，它通過印刷電路板的銅散熱，因此無需添加散熱片。

　　插圖說明：

　　圖1：在一個典型的基站接收器系統(tǒng)中，數(shù)字控制VGA放置在混頻器之后?；祛l器由SAW濾波器驅(qū)動，并依次將信號饋入AAF濾波器，然后將信號輸入到ADC。

　　圖2：一個典型的直接變頻信號路徑波形給出了F1200型VGA的低本底噪音以及系統(tǒng)綜合性的動態(tài)范圍。

　　圖3：在本接收信號的路徑中，SAW濾波器整形輸入信號，并將輸入到數(shù)字控制VGA。調(diào)整增益后，VGA將信號輸入到AAF濾波器，然后輸入到ADC。信號轉(zhuǎn)換后，ADC通常將數(shù)據(jù)傳送主處理器或DSP模塊，在將控制位數(shù)反饋至VGA前，進行進一步的處理。