數(shù)字控制可變增益放大器的優(yōu)勢

　　移動(dòng)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(gè)信號(hào)塔站連接的大量智能手機(jī)以及其它設(shè)備接收無線信號(hào)的好壞。提高接收器的信號(hào)與噪音比(SNR)，加之提供一個(gè)寬泛的信號(hào)增益控制范圍將保證各個(gè)基站可以提供一致性的性能，同時(shí)可最大限度地減少由于信號(hào)損失或噪音產(chǎn)生的影響。

　　在移動(dòng)電話基站中，采用模擬信號(hào)或數(shù)字域的方式，可以解調(diào)和解碼中頻(IF)信號(hào)。目前，數(shù)字技術(shù)和高速模擬---數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換器(ADC)方面取得的進(jìn)展可以使得信號(hào)的接收通道直接采用數(shù)字信號(hào)的方法進(jìn)行IF信號(hào)的轉(zhuǎn)換。這種信號(hào)的轉(zhuǎn)換方法通常稱為IF的二次采樣法，它相對(duì)于采用模擬信號(hào)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(shí)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(gè)驅(qū)動(dòng)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(hào)饋入高速模擬---數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換器(ADC)中。數(shù)字處理ADC的輸出信號(hào)，對(duì)VGA形成一個(gè)混合信號(hào)反饋回路，根據(jù)信號(hào)的強(qiáng)度進(jìn)行增益調(diào)整(圖1)。來自DSP的反饋信號(hào)調(diào)整增益量，將信號(hào)保持在最佳信號(hào)---噪音比和最小失真的“最清晰點(diǎn)。”

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(jī)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(hào)、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(gè)實(shí)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(gè)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(duì)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(xì)的粒狀分級(jí)使得設(shè)計(jì)人員可以更好地優(yōu)化系統(tǒng)的性能。同時(shí)，增益步進(jìn)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(huì)有助于簡化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，因?yàn)榭蓪⒃鲆娴脑O(shè)定值保持在略低的數(shù)值，并由此表現(xiàn)為較低的信號(hào)失真。F1200型數(shù)字控制VGA芯片本身也提供了非常低的信號(hào)失真效果---IP3o達(dá)到+48dBm。芯片較低的噪音指數(shù)(NF)和低信號(hào)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(hào)失真性提供了增加的無寄生信號(hào)動(dòng)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(dòng)通信系統(tǒng)信號(hào)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(hào)給出了輸出信號(hào)。增益值會(huì)被調(diào)整致使2G信號(hào)放大到僅僅低于ADC最高水平。這些信號(hào)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(hào)。圖中所示在頻率的更遠(yuǎn)端二階互調(diào)。此外，輸出噪音以藍(lán)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(hào)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(jìn)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(hào)、噪音和信號(hào)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(hào)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(dòng)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(hào)和雜散

　　在實(shí)際接收信號(hào)通路中，接收到的信號(hào)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(hào)波齒(圖3)。由此產(chǎn)生的信號(hào)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(gè)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(jìn)行匹配的外部阻抗。

　　200歐姆的輸出端差分阻抗對(duì)ADC的接口也可進(jìn)行很好的匹配，且設(shè)備的差分特性抵擋偶次亂真信號(hào)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(shí)鐘信號(hào)AMP in：放大器信號(hào)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(hào) 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(dāng)ADC轉(zhuǎn)換經(jīng)過調(diào)整后的信號(hào)時(shí)，通常將經(jīng)過轉(zhuǎn)換的信號(hào)輸入到主處理器或數(shù)字信號(hào)處理器，主處理器或數(shù)字信號(hào)處理器執(zhí)行不同的算法，以進(jìn)一步優(yōu)化反饋的信號(hào)，從而在VGA中設(shè)定最佳增益值。

　　設(shè)計(jì)VGA電路板時(shí)，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(shí)長度，噪音、頻寬和信號(hào)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(jì)和耐熱通道布局變得非常簡單。無鉛封裝包括一個(gè)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(gè)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(dòng)，并依次將信號(hào)饋入AAF濾波器，然后將信號(hào)輸入到ADC。

　　圖2：一個(gè)典型的直接變頻信號(hào)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(dòng)態(tài)范圍。

　　圖3：在本接收信號(hào)的路徑中，SAW濾波器整形輸入信號(hào)，并將輸入到數(shù)字控制VGA。調(diào)整增益后，VGA將信號(hào)輸入到AAF濾波器，然后輸入到ADC。信號(hào)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(jìn)行進(jìn)一步的處理。