采用RF2607的WLAN自動增益控制設(shè)計(jì)

1 引言
在WLAN通信中，為了使接收機(jī)具有高靈敏度，能確?？煽康亟邮蛰斎氲奈⑷跣盘柣蜻^大信號，接收機(jī)設(shè)置了自動增益控制電路(AGC)，其目的在于使接收機(jī)的增益隨輸入信號的強(qiáng)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(jì)需要，要實(shí)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(qiáng)或極微弱的信號時，可能會使接收機(jī)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(jī)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(bǔ)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(bǔ)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(fù)載。負(fù)載能力限定了工作負(fù)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(bǔ)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(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(jìn)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減小；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(jìn)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(shí)現(xiàn)方案
基于IEEE802.11a的WLAN接收機(jī)前端AGC的具體實(shí)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(jī)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(shí)現(xiàn)，然后再用FPGA實(shí)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?cái)帱c(diǎn)。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?yàn)檩斎胄盘栯娖介T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(shí)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(diǎn)是負(fù)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(shí)際測試達(dá)到了預(yù)想指標(biāo)要求。
3.3 RF2607使用中的注意事項(xiàng)
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(dá)不到要求的現(xiàn)象，這時要仔細(xì)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?yàn)楫?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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(jī)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(dá)、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。