采用RF2607的WLAN自動增益控制設(shè)計
關(guān)鍵詞:RF2607;可變增益放大器;自動增益控制;WLAN通信;接收機
1 引言
在WLAN通信中,為了使接收機具有高靈敏度,能確保可靠地接收輸入的微弱信號或過大信號,接收機設(shè)置了自動增益控制電路(AGC),其目的在于使接收機的增益隨輸入信號的強弱自動調(diào)整。自動增益控制的主要功能是在輸入信號幅度變化很大的情況下,使輸出信號幅度保持恒定或僅在特定的范圍內(nèi)變化。在WLAN通信系統(tǒng)中,根據(jù)設(shè)計需要,要實現(xiàn)70 dB的增益控制變化范圍。若沒有自動增益控制電路,則在接收很強或極微弱的信號時,可能會使接收機產(chǎn)生飽和及過載,或使信號淹沒在噪聲中而接收不到信號,即接收機工作失常。在自動增益控制電路的控制下,能夠保證整個系統(tǒng)的性能,使得下一級電路能夠在正常狀態(tài)下工作。本文介紹一種RF MicroDevices公司的新型可變增益控制器RF2607,它具有增益較高,動態(tài)范圍大的特性,使用頻率范圍適合于射頻、中頻放大和調(diào)節(jié)的要求,常用于WLAN通信的模擬前端。
2 RF2607介紹
2.1 RF2607引腳功能
RF2607引腳排列如圖l所示,各引腳功能如下:
CDMA+:CDMA平衡輸入。引腳內(nèi)接直流偏置。該引腳可與VCC直接連接,若與其他設(shè)備直接連接則要采取隔直措施。對于單端輸入,其中一個引腳作為輸入端,另一個CDMA輸入端交流耦合接地。平衡輸入時輸入阻抗為l kΩ,單端輸入時輸入阻抗為500Ω。
CDMA-:除了互補輸入外,其他同CDMA+。
GND:接地連接。該引腳的接地線越短越好。一般接地線要粗。
FM+:FM平衡輸入。該引腳內(nèi)接直流偏置,如果與其他設(shè)備直接連接要采取隔直措施。對于單端輸入,其中一個引腳作為輸入端,另一個FM輸入端交流耦合接地。平衡輸入時輸入阻抗1.7 kΩ,單端輸入時輸入阻抗為850 Ω。
FM-:除了互補輸入外,其他同F(xiàn)M+。
IN SELECT:控制選擇中頻輸入(FM或CDMA模式)。這是數(shù)控輸入端。邏輯高電平選擇CDMA端輸入放大器。邏輯低電平選擇FM端輸入放大器。門限電平約為l.3 V。
NC:懸空。該引腳內(nèi)部偏置,并且不能直接與地或VCC等外電路相連。
OUT-:平衡輸出。這是集電極開路輸出,可接250 Ω的平衡負載。負載能力限定了工作負載電阻,但是需在該引腳與VCC間加扼流圈或匹配電感,以調(diào)整偏置輸出。偏置電感屬于輸出與下一級間的匹配網(wǎng)。該引腳通過VCC偏置,如果下一級輸入有直流直接接地,則需加隔直電容。
OUT+:除了互補輸出外,其他同OUT-。
VCC:電源。要加外部分流電路。該引腳和分流電容的導(dǎo)線距離應(yīng)越短越好。接地端的分流電容直接接地。
GC:放大器的模擬增益調(diào)整。有效控制電壓為0 V~-3 V??刂齐妷簽? V時增益最大,控制電壓為0 V時增益最小??刂齐妷和ㄟ^一個4.7 kΩ的電阻施加到此引腳。
2.2 RF2607的主要特性
支持雙模式工作(CDMA/FM);
增益控制范圍-48 dB~+48 dB;
可兼容IS95CDMA;
數(shù)字選擇輸入;
一2 dBm的IP3;
頻率范圍為12 MHz~285 MHz;
標(biāo)準(zhǔn)的16引腳SSOP封裝。
3 自動增益控制原理及系統(tǒng)方案
3.1 基本原理
自動增益控制電路框圖如圖2所示。圖中可控增益放大器的放大倍數(shù)Av受控制電壓Vc的控制,閉環(huán)后系統(tǒng)對Av進行自動控制。環(huán)路中電平檢測電路檢測出反映信號電平的信號的平均值,再通過低通濾波器后,在比較器中與參考電平VR相比較,產(chǎn)生控制信號Vc控制Av。若輸入電壓幅度Vi增加或電路參數(shù)變化使增益變大而導(dǎo)致Vo增加時,環(huán)路產(chǎn)生一控制信號,使Av減??;反之,在各種因素造成Vo減小時,環(huán)路也會產(chǎn)生控制電壓Vc使Av增加。即通過環(huán)路控制作用,無論Vi變化或系統(tǒng)參數(shù)變化,輸出信號電平Vo都將保持在由VR決定的電平上幾乎不變。
RF2607為圖2中由Vc控制Av大小的可變增益放大器。RF2607可工作在CDMA和FM兩種模式下,根據(jù)控制引腳7的電壓高低選擇控制工作模式。工作時,在引腳7的電壓控制下,器件選擇由引腳1,2輸入(CDMA信號)或引腳4,5輸入(FM信號)的信號進行放大或衰減,信號在器件內(nèi)部受增益控制引腳16的控制電壓控制。施加在引腳16上的電壓控制內(nèi)部放大器的放大倍數(shù),從而控制輸出信號的大小。控制電壓一般是由輸出信號經(jīng)主中放、解調(diào)電路后,檢波出的電壓控制的,它是輸入信號電壓大小的反映。檢波出的電壓不能直接施加到引腳16,而要通過一個控制電壓形成AGC電路,它主要是根據(jù)檢波出的電壓大小,經(jīng)過FPGA產(chǎn)生PWM波來判斷和改變控制電壓,保證后級能夠正常工作;當(dāng)檢測電壓小時,控制電壓變大,反之亦然。
3.2 自動增益的具體實現(xiàn)方案
基于IEEE802.11a的WLAN接收機前端AGC的具體實現(xiàn)框圖如圖3所示。
在WLAN通信應(yīng)用中,RF2607用于模擬前端的接收機中,一般用于接收RF(射頻)和IF(中頻)信號。這里只給出了中頻模擬信號情況。RF射頻情況與此類似,只不過要加一個選擇器,選擇IF和RF兩種情況。以上信號平均電平檢測、AGC智能控制、PWM波產(chǎn)生框圖均在QuartusⅡ環(huán)境下通過Velog程序來實現(xiàn),然后再用FPGA實現(xiàn)對RF2607的自動增益控制。
RF2607的典型應(yīng)用外圍電路如圖4所示,該電路是AGC的核心。
作為AGC的核心,RF2607必須支持足夠帶寬范圍的理想中頻所需的增益。RF2607既可以是電壓控制的放大器,也可以是電壓控制的衰減器。使用電壓控制放大器的環(huán)路噪聲系數(shù)小。而且,應(yīng)對輸入信號加所需的增益,而不是開始就將所有的增益加上,然后根據(jù)輸入信號再來衰減。使用電壓控制放大器降低了固定放大器的噪聲系數(shù)和截斷點。RF2607的典型噪聲系數(shù)為5 dB~10 dB。增益最大時(衰減最小時),噪聲系數(shù)最小。因為輸入信號電平門限很低,因此,要求整個系統(tǒng)的噪聲系數(shù)盡可能小。圖4中的T1、T2為變壓器,其作用主要是實現(xiàn)阻抗匹配,利用變壓器耦合連接,根據(jù)變壓器初、次級回路的阻抗變換使前級電路的輸出阻抗與RF2607的輸入阻抗相等,保證最大功率傳輸。變壓耦合連接的優(yōu)點是負載和回路之間沒有直流通路。變壓器初級阻抗為50 Ω,變壓器次級輸入為500 Ω,根據(jù)阻抗與匝數(shù)的關(guān)系Z初/Z次=(N初/N次)2,選擇500:50的變壓器。該RF2607在WLAN的應(yīng)用中采用了FM+的單端輸入方式,引腳7控制電壓為低電平。經(jīng)實際測試達到了預(yù)想指標(biāo)要求。
3.3 RF2607使用中的注意事項
RF2607使用時要盡量按照典型和通用的外圍電路來接,不要輕易改動,尤其是在輸入輸出阻抗方面。有時會出現(xiàn)按典型應(yīng)用來接外圍電路時無增益或增益達不到要求的現(xiàn)象,這時要仔細檢查信號源是否選對和連接等方面的問題,不要隨意改動輸出阻抗的大小。因為當(dāng)加大RF2607的輸出阻抗時,會暫時出現(xiàn)增益放大的現(xiàn)象,但此放大現(xiàn)象很不規(guī)律,通電后時間一長很容易使RF2607燒壞,致使整個系統(tǒng)無法正常工作。
4 實驗評估
測試環(huán)設(shè)備以及環(huán)境:RS的SMU200A矢量信號發(fā)生器,WLAN收端實驗PCB電路板,DT65型萬用表。
在70 MHz中頻附近,隨著輸入電平的改變,控制電壓值也隨之改變。所測數(shù)據(jù)如表1所示。
通過以上實驗及其所測得的數(shù)據(jù),表明RF2607能根據(jù)輸入信號的不同自動調(diào)整其增益大小。
5 結(jié)束語
新型可變增益放大器RF2607能良好地工作在WLAN接收機的模擬前端,其性能受到許多通信系統(tǒng)的青睞,在光纖通信、微波通信、衛(wèi)星通信等系統(tǒng)以及雷達、廣播電視系統(tǒng)中都得到了廣泛的應(yīng)用,也被應(yīng)用于第三代移動通信基站模擬前端中。
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