采用可變增益控制器RF2607在WLAN接收機前端系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、引言

在WLAN通信中，為了使接收機具有高靈敏度，能確?？煽康亟邮蛰斎氲奈⑷?a target="_blank">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：

采用可變增益控制器RF2607在WLAN接收機前端系統(tǒng)中的應(yīng)用

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。控制電壓通過一個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；

標準的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?？刂齐妷阂话闶怯奢敵鲂盘柦?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：R&S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。