Teknik PCB - Peranti ADC dan RF Performance Dinamik Tinggi dalam Penerima RF Digital

Sistem stesen asas (BTS) perlu memenuhi keperluan indeks pautan isyarat semasa memenuhi berbagai piawai. Kertas ini memperkenalkan beberapa peranti pautan isyarat yang peranti dinamik prestasi tinggi ADC dan RF dalam penerima RF digital, seperti prestasi dinamik tinggi ADC, peningkat pembolehubah peningkatan, penyampai dan oscilator setempat, dan memperkenalkan penggunaan mereka di stesen as as biasa secara terperinci, yang boleh memenuhi keperluan sistem stesen asas untuk prestasi dinamik tinggi, prestasi intercept tinggi dan bunyi rendah.

Kebanyakan penerima digital mempunyai keperluan tinggi untuk penyukar analog-ke-digital (ADC) dan simulator prestasi tinggi. Contohnya, penerima digital stesen as as sel memerlukan julat dinamik yang mencukupi untuk memproses isyarat gangguan besar, supaya memudulasi isyarat berguna dengan tahap rendah. Penukar analog-ke-digital maksimum 15 bit 65msps maksimum 1418 atau 12 bit 65msps penyukar analog-ke-digital maksimum 1211, ditambah dengan penyampur terintegrasi 2GHz max9993 atau 900MHz max9982, boleh menyediakan ciri dinamik yang baik untuk sirkuit kunci dua tahap penerima. Selain itu, penambah keuntungan yang boleh disesuaikan digital (DVGA) frekuensi tengah Maxim max2027 dan max2055 boleh menyediakan titik batasan output tertinggi tertinggi (OIP3) dalam banyak sistem, dan memenuhi julat penyesuaian keuntungan yang diperlukan oleh sistem.

Name

Stesen asas sel (BTS: penerima stesen asas) terdiri dari beberapa modul perkakasan berbeza, salah satu dari mana modul penerima (TRX) yang melakukan fungsi penerima (Rx) RF dan penghantaran (TX). Dalam amps analog lama dan BTS TAC, satu penerima hanya boleh digunakan untuk memproses satu pembawa RX dan TX RF dupleks penuh. Untuk mencapai perlindungan panggilan yang diperlukan, banyak penerima diperlukan untuk menyediakan pembawa yang cukup. Hari ini, di seluruh dunia, teknologi analog telah diganti oleh CDMA dan WCDMA, dan GSM telah diadopsi di Eropah 10 tahun yang lalu. Dalam CDMA, pengguna panggilan berbilang menggunakan frekuensi RF yang sama, sehingga satu penerima boleh memproses isyarat pengguna panggilan berbilang pada masa yang sama. Sehingga sekarang, terdapat pelbagai skema desain CDMA dan GSM. Pembuat BTS juga telah berkomitmen untuk mengeksplorasi kaedah untuk mengurangi biaya dan konsumsi kuasa. Memoptimumkan penyelesaian pembawa tunggal atau mengembangkan penerima pembawa berbilang adalah penyelesaian yang berkesan. Fig. 1 adalah diagram blok struktur penerima penyampilan bawah biasa digunakan dalam peralatan BTS.

Figur 1. Diagram blok struktur penerima penyampilan bawah

Dalam Gambar 1, pengcampur 2GHz max9993 dan 900MHz max9982 Maxim boleh menyediakan keuntungan dan linearitas yang diperlukan untuk ramai rancangan, dan mempunyai bunyi sambungan yang sangat rendah, sehingga pengcampur pasif dengan kehilangan yang tinggi tidak lagi diperlukan. Max2027 dan max2055 bekerja dalam tahap frekuensi media pertama dan kedua penerima. OIP3 bagi kedua-dua peranti ini boleh mencapai + 40dbm dalam julat penyesuaian gaji keseluruhan. Dalam sirkuit yang dipaparkan dalam Figur 1, max1418 (15 bit, 65msps) dan max1211 (12 bit, 65msps) digunakan sebagai penyukar data. Selain itu, produk penyukar data Maxim juga mempunyai peranti lain dengan kadar pemampilan, yang boleh memenuhi kebanyakan keperluan desain. Jika penukar turun kedua dalam Fig. 1 dilupakan (dipaparkan dalam garis dotted), sirkuit dipaparkan dalam Fig. 1 menjadi struktur penukar turun tunggal. Suara rendah Maxim ADC: max1418.

Struktur penerima penyampilan bawah yang dipaparkan dalam Fig. 1 mempunyai keperluan ketat untuk bunyi dan gangguan ADC. Dalam penerima, isyarat berguna dengan tahap rendah didigitalisasi sendirian atau disertai oleh isyarat amplitud yang tidak berguna dan besar yang perlu diperhatikan lebih banyak. Oleh itu, untuk membuat penerima berfungsi secara biasa, koeficien bunyi yang berkesan ADC patut dihitung mengikut keadaan ekstrim dua isyarat in i (iaitu isyarat minimum berguna dan isyarat maksimum tidak berguna). Untuk isyarat input analog kecil, bunyi panas dan bunyi kuantisasi dominasi asas bunyi ADC, yang menentukan figura bunyi (NF) ADC.

Sebenarnya, koeficien bunyi yang efektif ADC dalam keadaan isyarat kecil ditentukan, dan koeficien bunyi kaskad sirkuit analog (RF atau jika) ditentukan sesuai. Kekuatan minimum sirkuit tahap depan ADC mesti memenuhi keperluan koeficien bunyi sirkuit menerima. Secara umum, nilai tambahan kuasa adalah had atas aras penghalangan maksimum atau aras gangguan maksimum yang dibenarkan oleh penerima sebelum muatan ADC berlebihan. Dalam BTS, jika AGC tidak digunakan, julat dinamik ADC tidak dapat memenuhi keperluan koeficien bunyi sirkuit (sensitiviti penerima) dan penghalangan maksimum. Sirkuit AGC boleh ditempatkan dalam sirkuit RF atau jika sirkuit aras atau sirkuit AGC dalam sirkuit dua tahap.

Produk lain dari seri max1418 sangat sesuai untuk aplikasi band dasar dengan feinput = fclock/2. Apabila penyukar berfungsi dalam julat frekuensi ini, julat dinamik terbaik akan dicapai dengan menggunakan peranti ini dengan ciri-ciri band dasar yang baik. Produk ini termasuk maks 1419 untuk kadar jam 65msps dan maks 1427 untuk kadar jam 80msps. Band dasar SFDR mereka (tiada julat dinamik sesat) boleh mencapai 94.5dbc.

Jadual 1 senaraikan parameter teknik utama max1418

Apabila LSB tidak disambung, max1418 juga boleh bekerja dengan peranti antaramuka 14 bit. Dengan cara ini, SNR akan sedikit hilang, sementara SFDR tidak akan terpengaruh.

Figure 2 menunjukkan distribusi bunyi ADC tanpa pengendalian. Di sini, dianggap bahawa keseluruhan koeficien bunyi kaskad bagi semua sirkuit analog sebelum ADC ialah 3.5db, dan tujuan rancangan ialah bahawa penurunan keseluruhan koeficien bunyi disebabkan oleh ADC tidak melebihi 0.2db, supaya memenuhi keperluan sensitiviti penerima stesen as as CDMA. Nilai koeficien bunyi seperti ini sepatutnya meninggalkan margin yang cukup untuk antaramuka udara, tetapi keputusan akhir bergantung pada keperluan EB / tidak (nisbah tenaga bit kepada densiti spektral tenaga bunyi) bagi pengesan tahap terakhir. Berdasarkan bunyi panas + substrat bunyi kuantisasi max1418 dalam Jadual 1, apabila jam peranti adalah 61.44msps (kadar cip 50x), koeficien bunyi yang sama dengan 26.9db. Sebab kawalan peningkatan proses, bunyi ADC dalam lebar saluran CDMA 1.23mhz adalah 14dB lebih rendah daripada yang dalam jalur lebar Nyquist. Secara umum, untuk mendapatkan angka bunyi kaskad dari penerima 3.7dB, jumlah keuntungan sepatutnya mencapai 36dB.

Figur 2. Distribusi bunyi ADC tanpa memblok

Apabila pendapatan bahagian depan ADC ialah 36dB, aras penghalangan tona tunggal yang melebihi - 30dBm pada hujung antena akan melebihi julat input ADC. cdma2000 ® Piawai stesen asas sel menyatakan bahawa aras penghalangan maksimum yang dibenarkan pada hujung antena adalah - 30dBm. Pada masa ini, keuntungan bahagian depan perlu dikurangkan dengan 6dB, sehingga isyarat penghalang maksimum yang dibenarkan untuk ditambah ke ADC lebih besar dalam julat margin yang dibenarkan oleh spesifikasi piawai. Anggap margin 2dB ditinggalkan, aras penghalangan maksimum di hujung antena akan menjadi - 26dbm dan isyarat input maksimum yang boleh dibenarkan ADC akan menjadi + 4dbm apabila keuntungan bahagian depan dikurangi dengan 6dB (lihat Fig. 3). Apabila penghalangan nada tunggal berlaku, piawai sel membolehkan keseluruhan gangguan (bunyi + kerosakan) untuk bertambah buruk dengan 3dB berkaitan dengan sensitiviti rujukan, tetapi bagaimana untuk mengedarkan 3dB antara bunyi dan kerosakan ditinggalkan kepada perancang.

Anggapan: dalam kes penghalang isyarat, pendapatan AGC ialah 6dB, dan rancangan membenarkan bunyi kaskad hujung depan RF tambah penyelesaian untuk mengurangkan NF dengan 1dB (nilai nominal ialah 3.5db). Bila pendapatan hujung depan ADC hanya 30dB, SNR ADC menentukan bahawa angka bunyi yang berkesan ialah 29.4db, dan angka bunyi penerima kaskad di bawah 'keadaan penghalang' ialah 5.7db, - yang 2dB lebih rendah daripada angka bunyi 3.7dB dihitung mengikut sensitiviti penerima. Oleh kerana ciri-ciri spurious tidak dianggap dalam pengiraan ini, julat dinamik bebas spurious (SFDR) ADC membolehkan pengurangan tambahan 1dB. Apabila terdapat isyarat penghalang, SINAD boleh digunakan untuk menghitung NF yang berkesan, dan nilai asas bunyi dan SFDR tidak lagi dihitung berdasarkan.

Figur 3. Reaksi bunyi ADC dalam kes pengendalian

Max11211 membenarkan struktur penukaran turun

Jika indeks SNR dan SFDR cukup boleh dicapai dalam segmen yang lebih tinggi, sirkuit pengumpulan dibawah boleh digunakan dalam struktur penukaran bawah utama. Pemukar 12 bit dan 65msps Max11211 dirancang dengan struktur ini. Pin adalah kompatibel dengan pemukar 80msps dan 95msps yang akan datang. Serye peranti ini boleh secara langsung sampel isyarat input jika nombor dengan frekuensi hingga 400MHz. Selain itu, ia juga mempunyai prestasi maju lain, seperti input jam boleh menjadi isyarat perbezaan atau isyarat terminal tunggal, Siklus tugas jam boleh diantara 20% dan 80%, selain itu, ia juga mempunyai indikator efektif data (untuk mempermudahkan urutan jam dan data), dan ia mengadopsi pakej QFN (6mm x 6mm x 0.8mm) kecil (6mm x 6mm x 0.8mm), kod komplemen binari dan format output digital kod kelabu. Jadual 2 senaraikan ciri-ciri AC tipik max11211 dengan frekuensi input analog 175mhz.

Chart2. MAX1211 Ciri-ciri elektrik

Berbanding dengan struktur penukaran frekuensi sekunder, penukar utama mempunyai keuntungan yang jelas. Bilangan komponen dan ruang papan sirkuit boleh dikurangi dengan kira-kira 10% dan biaya boleh disimpan dengan $10 hingga $20 kerana penghapusan pengcampuran turun kedua, sirkuit keuntungan frekuensi tengah kedua dan sintetizer LO kedua.

Pertimbangan kesesatan struktur yang berbeza. Jika bilangan komponen, ruang papan dan konsumsi kuasa dan kos perlu disimpan lebih lanjut, struktur konversi frekuensi utama yang diberi di bawah boleh diterima. Ia dianggap bahawa penerima CDMA2000 yang direka berfungsi dalam band PCs, dengan kadar penerimaan sampel 61.44msps, frekuensi rujukan sintetizer 30.72mhz, dan pusat frekuensi tengah pertama yang dipilih pada band 6 Nyquist 169MHz dan lebar band sekitar 1.24 mhz. Untuk struktur DDS, frekuensi tengah 169MHz yang sama dan frekuensi tengah frekuensi tengah kedua adalah 46.08mhz bagi kelompok Nyquist tertib kedua.

Ciri-ciri hipotetik yang menggerunkan bagi arkitektur SDC dan DDC

Jadual 3 senaraikan syarat yang dianggap untuk carian pelayan RF yang sesat dekat hujung atas band PCs apabila pelayan tunggal, pertukaran bawah utama (SDC) dan dua struktur frekuensi bawah (DDC) digunakan. Untuk struktur SDC, 134 komponen harmonik boleh ditemui dalam frekuensi penerimaan RF, menerima band frekuensi cermin, jika band dan jika band frekuensi cermin. Kebanyakan isyarat ini mempunyai perintah yang lebih tinggi dan tidak akan mengurangi prestasi penerimaan. Untuk struktur DDC, carian sesat akan mencari lebih dari 2400 harmonik, yang lebih dari 18 kali yang ditemui di bawah struktur SDC. Harmonik ini dikedarkan dalam band frekuensi menerima RF, menerima band frekuensi cermin, tahap pertama jika band frekuensi, tahap pertama jika band frekuensi cermin, tahap kedua jika band frekuensi dan tahap kedua jika band frekuensi cermin. Untuk isyarat tersesat dari frekuensi rujukan harmonik jam tertib dan sintesis, ia boleh ditahan dengan mempertimbangkan bentangan papan sirkuit atau menambah penapisan dalam rancangan. Namun, sukar untuk menekan sejumlah besar komponen tersesat dengan tertib yang lebih rendah.

Dalam sirkuit penerima, pengcampuran sering membawa isyarat input yang lebih besar yang mempunyai keperluan prestasi yang lebih ketat. Dalam keadaan ideal, amplitud dan fasa isyarat output pengcampuran adalah proporsional dengan amplitud dan fasa isyarat input, dan hubungan proporsional tidak berkaitan dengan isyarat LO. Menurut asumsi ini, balas amplitud penyampur adalah linear dengan input RF, dan bebas dari isyarat input Lo.

Namun, ketidaklineariti penyampur akan menghasilkan beberapa isyarat campuran yang tidak diinginkan, dipanggil balas spurious, yang merupakan balas band IF yang dijana oleh isyarat yang tiba di port RF penyampur dan tidak dijangka untuk muncul. isyarat tersesat yang tidak berguna akan mengganggu kerja isyarat RF yang berguna. Jika frekuensi penyampur boleh diberi dengan formula berikut:

Jika = ± MFRF ± nflo, jika, RF dan lo adalah frekuensi isyarat pelabuhan mereka, dan m dan N adalah perintah harmonik selepas campuran isyarat RF dan LO.

Pencampuran seimbang terpasang (atau aktif) (seperti max9993 dan max9982) bimbang kerana prestasi mereka lebih baik daripada skema campuran pasif. Apabila m atau n bahkan, pengcampuran seimbang boleh menekan beberapa balasan yang sesat, dan prestasi harmonik kedua adalah lebih baik. Pencampur seimbang ganda ideal boleh menekan semua jawapan dengan bilangan yang sama M atau n (atau kedua-dua). Dalam campuran seimbang ganda, jika, port RF dan lo terpisah satu sama lain. Pencampuran boleh meliputi dalam band frekuensi RF dan LO dengan menggunakan pengubah yang tidak seimbang yang dirancang secara rasional. Ciri-ciri max9993 dan max9982 termasuk: koeficient bunyi rendah, penimbal LO, pemacu Lo rendah, suis Lo yang membenarkan dua input Lo, ciri-ciri bunyi Lo yang baik, dll. tambahan, pengubah RF yang tidak seimbang juga disertai dalam port RF dan lo.

Pencampuran Maxim ini dipenuhi dengan lo buffer dengan prestasi bunyi Lo yang baik, yang mengurangkan keperluan untuk lo bekalan kuasa. Secara umum, kombinasi bunyi Lo dan isyarat penghalang input dengan aras tinggi akan mengurangkan sensitiviti penerimaan. Max9993 dan max9982 mengandungi penimbal Lo bunyi rendah, yang boleh mengurangkan pengaruh pada sensitiviti penerimaan dalam kes penghalangan. Contohnya, anggap bahawa bunyi band pinggir isyarat input VCO ialah -145dbc/hz, dan karakteristik bunyi Lo biasa max9993 ialah -164dbc/hz, sehingga bunyi band pinggir tergabung hanya menurun 0.05dbc/hz kepada -144.95dbc/hz. Dengan cara ini, pengguna tidak hanya menyediakan isyarat LO tahap rendah untuk penyampur, - tetapi juga memastikan bahawa ciri-ciri campuran penerima tidak akan dikurangi oleh prestasi penimbal LO terbina dalam maksimum 9993.

Selain itu, terdapat juga jenis tindak balas spurious kedua sukar, juga dikenali sebagai setengah jika (1/2 jika) tindak balas spurious. Untuk suntikan hujung rendah, tertib pengcampuran adalah: M = 2, n = -2; Untuk suntikan hujung tinggi, tertib pengcampuran adalah: M = -2, n = 2. Frekuensi input yang menyebabkan setengah jika respon parasit lebih rendah daripada frekuensi RF yang diinginkan apabila suntikan rendah rendah (Fig. 4). Frekuensi RF yang diinginkan adalah 1909mhz dan 1740mhz frekuensi LO, dan frekuensi IF adalah 169MHz. Walaupun RF dan jika lebar band pembawa CDMA adalah 1.24mhz, ia diwakili di sini sebagai isyarat frekuensi tunggal dengan frekuensi pembawa pusat. Dalam contoh ini, isyarat tidak berguna di 1824.5mhz menyebabkan setengah komponen tersesat 169MHz:

Dari ini, kita boleh mendapatkan:

2 x 1824.5MHz - 2 x 1740MHz = 169MHz

Figur 4. Lokasi FRF, Flo, FIF dan fhalf tidak berguna jika frekuensi

Penegangan keseluruhan (juga dikenali sebagai balasan spurious 2x2) boleh dijangka mengikut titik cut-off kedua IP2 campuran. Gambar 5 menunjukkan nilai 2x2 IMR atau spurious (data max9993 dari Maxim). Perhatian: aras isyarat dalam figur ialah aras input mixer dihitung oleh prestasi input IP2 (IIP2). Formula pengiraan khusus adalah sebagai berikut:

Kerana tindak balas tersesat biasa 2rf - 2lo disediakan oleh penapis aktif Maxim max9982 900MHz adalah 65dbc, kaedah pengiraan IIP2 adalah seperti ini:

Figur 5. Kira titik batasan kedua bagi isyarat input mixer, IIP2

Apabila keperluan keuntungan penerima tidak tinggi, 15 bit ADC max1418 Maxim mempunyai prestasi bunyi yang baik, sehingga ia boleh menahan tahap penghalangan besar atau tahap gangguan dengan AGC yang paling kecil. Produk seri ADC max1211 adalah sesuai untuk struktur penukaran frekuensi utama yang menerima, dan yang pertama jika frekuensi input boleh mencapai 400MHz. Selain itu, pengcampuran max9993 dan max9982 Maxim boleh menyediakan lineariti yang diperlukan, nombor bunyi rendah dan gaji kuasa tinggi, jadi penapis pasif boleh dilupakan dalam proses desain penerima. Nilai tipikal OIP3 bagi max2027 dan max2055 DVGA dalam julat boleh diubah keuntungan adalah kira-kira + 40dbm. Penerima yang terdiri dari unsur ini boleh meningkatkan prestasi penyelesaian dengan harga rendah ke aras yang lebih tinggi. Kertas ini memperkenalkan beberapa peranti pautan isyarat yang peranti ADC dan RF prestasi dinamik tinggi dalam penerima RF digital, jika anda mempunyai sebarang soalan diterima untuk berkomunikasi dengan iPCB.