PCB Teknik - Dijital RF alıcılarında yüksek Dynamic Performance ADC ve RF Aygıtları

Temel istasyon sistemi (BTS) farklı standartlara uygularken sinyal ilişim ihtiyaçlarına uymalı. Bu kağıt, dinamik yüksek performans ADC ve RF aygıtlarını dijital RF alıcılarında, yüksek dinamik performans ADC gibi, değişkenli kazanç amplifikatörü, karıştırıcı ve yerel oscillatör gibi dinamik yüksek performans ve yüksek dinamik performans, yüksek kesim performansı ve düşük ses için temel istasyonların ihtiyaçlarına uyabileceği tipik temel istasyonlarda kullanılmasını detayla tanıtır

Dijital alıcıların çoğu yüksek performans analog-dijital dönüştürücü (ADC) ve simülatörü için yüksek ihtiyaçları var. Örneğin, hücre üssü istasyonu dijital alıcısı büyük araştırma sinyallerini işlemek için yeterince dinamik menzili gerekiyor, bu şekilde kullanışlı sinyalleri düşük seviyede yıkılmak için. Maksimum 15 bit 65msp analog-to-digital converter max1418 veya 12 bit 65msp analog-to-digital converter max1211, 2GHz max9993 veya 900MHz max9982 integral karıştırıcı ile birlikte, alıcının iki adım anahtar devrelerinin mükemmel dinamik özelliklerini sağlayabilir. Ayrıca, Maxim'in ortalama frekansı (if) digital adjustable gain amplifiers (DVGA) max2027 ve max2055 birçok sistemde yüksek üçüncü düzenli çıkış kesim noktası (OIP3) sağlayabilir ve sistemin gereken kazanç ayarlama menziline uygulayabilir.

Max1418 ADC çip ve devre

Hücre temel istasyonu (BTS: temel istasyon geçici) birçok farklı donanım modüllerinden oluşturulmuş. İçinden birisi RF alıp (Rx) ve (TX) fonksiyonlarını gerçekleştiren transceiver (TRX) modülü. Eski analog ampullarında ve TACs BTS'lerde, bir nakliyatçı sadece tam bir çift RX ve TX RF taşıyıcısı işlemek için kullanılabilir. İhtiyarlı arama kapatışına ulaşmak için, yeterince taşıyıcı sağlamak için birçok taşıyıcı gerekiyor. Bugün dünyaya analog teknoloji CDMA ve WCDMA ile değiştirildi ve GSM 10 yıl önce Avrupa'da kabul edildi. CDMA'de, çoklu arama kullanıcıları aynı RF frekansiyonunu kullanır, böylece bir gönderici birçok arama kullanıcıların sinyallerini aynı anda işleyebilir. Şimdiye kadar, CDMA ve GSM tasarım şemaları var. BTS üreticileri de maliyeti ve güç tüketimini azaltmak için metodları keşfetmeye bağlı. Tek taşıyıcı çözümlerini iyileştirmek ya da çoklu taşıyıcı alıcıları geliştirmek etkili çözümler. Şekil 1, genelde BTS ekipmanlarında kullanılan küçük örnek alıcısının yapısal blok diagram ıdır.

Şekil 1. Yapılar blok diagram ı altı örnek alıcısı

Görüntü 1'de Maxim'in 2GHz max9993 ve 900MHz max9982 karıştırıcıları birçok tasarım için gerekli kazanç ve linearitet sağlayabilir ve çok düşük bağlantı sesi vardır, böylece artık yüksek kaybıyla geçici karıştırıcılar gerekli değil. Max2027 ve max2055 alıcının ilk ve ikinci orta frekans sahnelerinde çalışıyor. Bu iki cihazdan OIP3 tüm kazanç ayarlama menzilinde + 40dbm ulaşabilir. Şekil 1, max1418 (15 bit, 65msps) ve max1211 (12 bit, 65msps) devrelerde veri dönüştürücü olarak kullanılır. Ayrıca Maxim'in veri dönüştürücü ürünlerinde örnek hızı olan diğer aygıtlar da vardır ki bu tasarım ihtiyaçlarının çoğunu uygulayabilir. Eğer Figure. 1'deki ikinci a şağı dönüştürücü (noktalar çizgisinde gösterilirse), Figure. 1'de gösterilen devre tek aşağı dönüştürücü yapısı olur. Maxim'in düşük ses ADC: max1418.

Şekil 1'de gösterilen alt örnek alıcının yapısı ADC'nin sesi ve bozulması için ciddi ihtiyaçları var. Alıcı içinde, düşük seviyedeki kullanışlı sinyal yalnız dijital edildi ya da daha fazla dikkati çekilmeli kullanıcı ve büyük genişlik sinyalleri ile birlikte. Bu yüzden, alıcının normalde çalışması i çin, ADC'nin etkili gürültü koefitörü, bu iki sinyalin eksik şartlarına göre hesaplanılmalı (yani minimal faydalı sinyali ve maksimal faydalı sinyali). Küçük analog giriş sinyalleri için, sıcak sesi ve kvantifikasyon sesi ADC'nin sesi tabanına dominat ediyor. Bu da ADC'nin sesi figürünü (NF) belirliyor.

Aslında, küçük sinyal durumları altında ADC'nin etkili ses koefitini belirlenir ve analog devre (RF veya eğer) kaskadın sesi koefitini belirlenir. ADC ön etap devresinin en az güç kazanması devre almak için sesli koefitörlük taleplerine uyuyor. Genelde, elektrik kazanma değeri, ADC yüklemeden önce alıcı tarafından izin verilen maksimum blok seviyesinin veya maksimum araştırma seviyesinin üst sınırdır. BTS'de, AGC kullanılmazsa, ADC dinamik menzili devre gürültü koefitörü (alıcı duyarlığı) ve maksimal bloklama ihtiyaçlarına uymaz. AGC devre RF'de ya da seviye devre veya AGC devre iki fazla devre içinde yerleştirilebilir.

Max1418 serinin diğer ürünleri feinput = fclock/2 olan baz grubu uygulamaları için özellikle uygun. Dönüştürücü bu frekans menzilinde çalıştığında, en iyi dinamik menzili bu cihazları mükemmel üssband özellikleriyle kullanarak alınacak. Bu ürünler 65msp saat hızı için max1419 ve 80 msp saat hızı için max1427 dahil ediyor. Temel grubu SFDR (yol dinamik alanı yok) 94.5dbc'e ulaşabilir.

Tablo 1, max1418'nin ana teknik parametrelerini listeler

LSB bağlanmadığında, max1418 de 14 bit arayüz aygıtları ile çalışabilir. Böylece SNR biraz kaybedecek ve SFDR etkilenmeyecek.

Görüntü 2, blok olmadan ADC'nin sesli dağıtımını gösterir. Burada, ADC 3.5db olmadan önce tüm analog devrelerin toplam kaskadın sesi koefiğinin 3.5db olduğunu tahmin ediliyor ve tasarım hedefi, ADC tarafından sebep olan toplam gürültü koefiğinin değerlendirmesi 0.2db'den fazlası olmadığını düşünüyor, böylece CDMA temel istasyonu alıcısının hassasiyetlik ihtiyaçlarını yerine getirmek için. Böyle bir ses koefitörlü değeri hava arayüzü için yeterince margin bırakmalı, fakat son sonuç sonuç son fazla dedektörünün EB / hayır (gürültü spektral yoğunluğuna biten enerjinin oranı) ihtiyaçlarına bağlı. Sıcak gürültü + kvantifikasyon gürültüsü altına dayanmış, cihaz saat 61,44msps (50x çip hızı) olduğunda, eşit gürültüsü koefitörü 26,9db'dir. İşlemin gelişme kontrolü yüzünden, ADC gürültüsü 1.23mhz CDMA kanalı bandwidth'inde Nyquist genişband'de 14 dB daha düşük. Genelde, 3.7dB alıcının kaskadın sesi görüntüsünü almak için toplam kazanç 36dB'ye ulaşmalı.

2. Şekil. Blok etmeden ADC ses dağıtımı

ADC'nin ön tarafı 36dB olduğunda, anten sonundaki tek tonu bloklama seviyesi - 30dBm'in giriş menzili ADC'nin üstüne geçecek. cdma2000 ® Hücre üssü istasyonu standart anten sonunda maksimum blok seviyesi - 30dBm olduğunu belirtiyor. Bu zamanlar ön tarafından kazanç 6dB tarafından azaltılması gerekiyor, böylece ADC'e eklenmesine izin verilen maksimum blok sinyali standart belirlenmesi tarafından izin verilen margin menzilinde daha büyük. 2dB sınırının kaldığını tahmin ederek, anten sonunda maksimum blok seviyesi - 26dbm olacak ve ADC'nin maksimum mümkün girebilir giriş sinyali + 4dbm olacak, ön sonu kazanışı 6dB tarafından azaltıldığında (görüntü 3). Tek ton blokları oluştuğunda hücre standarti toplam araştırmaları (gürültü + bozulma) 3dB ile referens hassasiyeti ile karşılaştırılmasına izin verir, fakat 3dB'yi ses ve bozulma arasında nasıl dağıtması tasarımcısına bırakılır.

Tahmin: blok sinyali olursa, AGC kazanlığı 6dB olur ve tasarım RF ön tarafındaki kaskadın sesi artı bozukluğu 1dB tarafından NF'yi azaltmak için sağlar (nominal değer 3.5db). ADC'nin ön tarafındaki kazanlığı sadece 30dB olursa, ADC'nin SNR etkili ses figürünün 29.4db olduğunu ve kaskadın alıcının sesi 'blok durumu' altında 5.7db olduğuna karar verir. 3.7dB sesi görüntülerine göre hesaplanmış 2dB daha düşük. Bu hesaplama içinde sıkıcı özellikler hesaplanmadığından dolayı, ADC'nin boş dinamik menzili (SFDR) 1dB'nin artırılmasına izin verir. Blok sinyali olduğunda, SINAD etkili NF'yi hesaplamak için kullanılabilir ve sesi ve SFDR üssü değerleri artık sayısıyla hesaplamaz.

3. Şekil. Blok etme durumunda ADC ses cevapı

Max11211 düşük bir dönüştürme yapısına izin verir

Eğer bölümde yeterince SNR ve SFDR indeksileri daha yüksek olarak alınabilirse, örnek altındaki devre ilk aşağı dönüştürme yapısında kullanılabilir. Max11211 12 bit ve 65msp dönüştürücü bu yapıyla tasarlanmış. Kalıntıları gelecek 80 msp ve 95msp dönüştürücülerle uyumlu. Bu aygıtlar serisi, frekans ile 400MHz'e kadar doğrudan girdi sinyalini örneklendirebilir. Ayrıca, saat girişi farklı sinyal veya tek terminal sinyali olabilir, saat döngüsü %20 ile %80 arasında olabilir. Ayrıca, saat ve veri sekansını basitleştirmek için de veri etkili indikatörü (saat ve veri sekansını basitleştirmek için) ve küçük boyutlu 40 pin QFN (6mm x 6mm x 0,8mm) paketi, ikili uygulama kodu ve gri kodu dijital çıkış format ını kabul ediyor. Tablo 2, max11211'in tipik AC özelliklerini 175mhz'in analog girdi frekansı ile listelendiriyor.

Çizelge 2. MAX1211 Elektrik özellikleri

İkinci frekans dönüşünün yapısıyla karşılaştığında, ilk dönüştürücü açık avantajlar vardır. Komponentlerin sayısı ve devre tahtasının boşluğu %10 ile azaltılabilir ve maliyeti ikinci aşağı dönüştürme karıştırıcısı, ikinci orta frekans kazanma devresi ve ikinci LO sintezleyicisi yüzünden 10 dolar ile 20 dolar tarafından kurtarabilir.

Farklı yapıların sapıklığını düşünün. Eğer komponentlerin, tahta uzay, enerji tüketiminin ve maliyetlerinin sayısı daha fazla kaydedilmesi gerekirse, aşağıdaki ilk frekans dönüştürme yapısı kabul edilebilir. CDMA2000 alıcının tasarlanmış PCS grubunda çalıştığını tahmin ediliyor, 61,44msp'in örnek oranı, 30,72mhz'in sintezleyici referans frekansı ve 169MHz'in 6. Nyquist grubunda seçilen ilk ortalama frekansı merkezini ve yaklaşık 1,24mhz'in bandwidth ile çalışıyor. DDS yapısı için, Aynı 169MHz ilk orta frekans ve ikinci orta frekans merkezi frekans ikinci sıradaki Nyquist grubunun 46,08mhz.

SDC ve DDC inşaatıları için hipotetik küçük özellikler

Tablo 3, tek taşıyıcı, ilk aşağı dönüşüm (SDC) ve iki aşağı frekans (DDC) yapıları kullanıldığında RF taşıyıcı yolu araması için tahmin edilen şartları listede. SDC yapısı için, RF'de 134 harmonik komponentler frekans alır, ayna frekans grubu alır, eğer grubu ve ayna frekans grubu alırsa. Bu sıkıcı sinyallerin çoğu daha yüksek sıralar ve kabul etkinliğini azaltmayacak. DDC yapısı için yol araması, SDC yapısının altında bulunan 2400'den fazla harmonik bulacak. Bu, SDC yapısının altında bulunan 18 kereden fazla. Bu harmonik frekans grubuna, ayna frekans grubuna, frekans grubuna ilk seviye, ayna frekans grubuna, ayna frekans grubuna, ikinci seviye, ayna frekans grubuna ve ikinci seviye, ilk seviye dağılır. Yüksek sıralar saat harmonik ve sintezleyici referans frekansı için devre tahtasının düzenlenmesini ya da tasarımın filtrelerini eklemesini dikkatli düşünerek bastırılabilir. Yine de, düşük düzenle bir sürü yoldan çıkan komponentleri bastırmak zor.

Alınan devrede, karıştırıcı sık sık sık sık çalışma ihtiyaçları olan büyük girdi sinyali taşır. Ideal durumda, karıştırıcı çıkış sinyalinin amplitüsü ve fazı giriş sinyalinin amplitüsü ve fazı ile proporcional ilişkisi LO sinyaline bağlı değil. Bu tahmine göre, karıştırıcının genişliğinin cevabı RF girdi ve Lo girdi sinyalinden bağımsız.

Ancak, karıştırıcı olmayan linearit, karıştırmak istenmeyen karıştırma sinyallerini üretecektir, bunlar RF karıştırıcı limana gelen sinyaller tarafından üretilen IF grubunun cevabı ve beklenmediği gibi görünmeyecek. Kusursuz sapık sinyali kullanışlı RF sinyallerinin çalışmasına engel olacak. Eğer karıştırıcı frekansızlığı aşağıdaki formülle verilebilirse:

Eğer = ± MFRF ± nflo, Eğer RF ve lo, saygı limanlarının sinyal frekansları ise, ve m ve N RF ve LO sinyallerini karıştırdıktan sonra harmonik emirler.

Bütünleştirilmiş (veya aktif) balanslı karıştırıcılar (max9993 ve max9982 gibi) pasif karıştırma şemalarından daha iyisi yüzünden endişeleniyorlar. m veya n eşittiğinde, balanslı karıştırıcı bazı yoldan çıkan cevabı bastırabilir ve ikinci harmonik performansı daha iyidir. Ideal çift dengelenmiş karıştırıcı, M ya da n (ya da ikisi) ile tüm cevapları bastırabilir. Eğer, RF ve lo portları birbirinden ayrılıyorlarsa iki düzeltilmiş karıştırıcı içinde. Eğer karıştırıcı, RF ve LO frekans bandlarını mantıklı tasarlamayan değiştirmeyi kullanarak karıştırabilir. Max9993 ve max9982 özellikleri: düşük sesli koefitör, LO buferi, düşük Lo sürücüsü, Lo değiştirici iki Lo giriş, mükemmel Lo sesli özellikleri, etc. de, RF dengelenmeyen transformatör de RF ve lo portlarına katılır.

Bu Maxim karıştırıcılar, Lo güç sunucusu ile mükemmel Lo gürültü performansı ile oluşturulmuş. Lo güç sunucusu için ihtiyaçlarını azaltıyor. Genelde Lo sesi ve girdi blok sinyalinin birleşmesi yüksek seviyede alışım duyarlığını azaltır. Max9993 ve max9982 düşük gürültü Lo buferleri içerir. Bu, bloklama durumunda alınma hassasiyetini azaltır. Örneğin, VCO girdi sinyalinin kenar grubunun sesi -145dbc/hz olduğunu tahmin edin ve max9993'in tipik Lo sesi özelliği -164dbc/hz, bu şekilde sadece 0.05dbc/hz -144.95dbc/hz'e düşüyor. Bu şekilde kullanıcı sadece karıştırıcı için düşük seviye LO sinyalini sağlayamaz. Ayrıca alıcının karıştırma özelliklerini max9993'de in şa edilen LO buferinin performansından azaltmayacağına emin oluyor.

Ayrıca, ikinci sıralar sıkıntılı bir cevap da var, aynı zamanda yarısı (1/2 if) sıkıntılı bir cevap olarak bilinir. Aşağıdaki injeksiyon için karıştırıcı sırası: M = 2, n = -2; ve Yüksek sonun injeksi için karıştırıcı sırası: M = -2, n = 2. Parazitik cevap istediği RF frekansından daha düşük olduğunda, yarısını sebep eden girdi frekansı (Fig. 4). İstediğim RF frekansı 1909mhz ve 1740mhz LO frekansı ve IF frekansı 169MHz. RF ve CDMA taşıyıcı bandwidth 1,24mhz olsa da, merkez taşıyıcı frekansı ile tek frekans sinyali olarak temsil edilir. Bu örnekte, 1824.5mhz'deki kullanılmaz sinyaller 169MHz'in yoldan çıkan parçası yarısını sebep ediyor:

Bundan geliyoruz:

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

4. Şekil. Frekanslar ise faydalı FRF, Flo, FIF ve faydalı faydalı fhalf yer

Toplam baskı (aynı zamanda 2x2 hassas cevap olarak bilinen) karıştırıcının ikinci kesim noktasına göre tahmin edilebilir. Görüntü 5, 2x2 IMR veya sıkıcı değeri (Maxim'den max9993 veri) gösteriyor. Not: figürdeki sinyal seviyesi, IP2 (IIP2) girdi performansından hesaplanmış karıştırıcı girdi seviyesi. Özellikle hesaplama formülü böyle:

Maxim max9982 900MHz etkinli filtrü tarafından verilen tipik yol cevabı 2rf - 2lo için 65dbc olduğundan dolayı, IIP2'nin hesaplama metodu böyle:

5. Şekil. Karıştırıcı girdi sinyalinin ikinci kesilme noktasını hesapla, IIP2

Maksimum'un 15 bit ADC max1418'nin mükemmel ses performansı vardır, böylece en küçük AGC ile büyük blok seviyesi veya araştırma seviyesini engelleyebilir. Max1211 ADC seri ürünleri ilk frekans dönüştürme yapısı için uygun. İlk olarak giriş frekansı 400MHz'e ulaşırsa. Ayrıca Maxim'in max9993 ve max9982 karıştırıcıları gerekli linearitet, düşük ses figürü ve yüksek güç kazanması sağlayabilir, bu yüzden pasif filtrü alıcı tasarım s ürecinde terk edilebilir. Maxim2027 ve max2055 DVGA'nin tipik değeri bütün kazanılabilir menzilinde yaklaşık + 40dbm. Bu elementlerden oluşturduğu alıcı yüksek seviyede düşük maliyetli çözümlerin performansını geliştirebilir. Bu kağıt, iPCB ile iletişim kuracak bir sorununuz varsa, dijital RF alıcılarında yüksek dinamik performans ADC ve RF aygıtlarını gösteriyor.