采用最新的高度集成AGC电路应对无线基站简化设计和降低成本的需求

标签:VGAAGC
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  Maxim推出完全可编程、多状态、模拟和数字IF/RF可变增益放大器(VGA) MAX2065。该单芯片器件易于控制,并且兼具了优异的VGA性能和极高的元件集成度。MAX2065工作于50MHz1000MHz,可提供独特的4个衰减状态(由用户设定)间的"速射"增益选择、25ns高速数字切换以及极低的数字VGA过冲/下冲幅度。该器件理想用于GSM/EDGECDMAWCDMALTEWiMAX收发器等所有2.5G/3G/4G无线基础设施应用中的"快速建立"AGC (自动增益控制)电路。
        挑战:将AGC电路中的多个元件减少至单片IC
       2.5G3G4G无线基础设施应用中同样面临着在保持甚至提高现有性能的前提下降低成本的压力。设计者一直致力于寻求一种能够同时降低元件数量、电路板尺寸和设计复杂度的更为节省成本的方案。发送器和接收器中常用的增益调整和AGC电路通常包含了大量的元件,如:模拟压控衰减器、数字分级衰减器、RF/IF放大器以及相关的模拟/数字控制电路。大多数模拟压控衰减器还需要一个复杂的电路,将线性控制曲线转换至衰减器的指数控制响应。
         MAX2065集成了5个不同的电路功能,从而完成了需要多个元件才能实现的功能。该器件是第一款集成有31dB线性控制压控衰减器、31dB数字分级衰减器、增益为22dB的驱动放大器、片内8位控制DACSPI兼容接口的器件。另外,MAX2065的控制特性可支持大多数无线基础接收器中常见的快速建立AGC电路。
        优异的性能拓展了应用范围
        MAX2065可以用作IFRF通用VGA,能够与工作于50MHz1000MHz频率范围的50Ω系统直接连接。由于3个独立的RF(模拟衰减器、数字衰减器和放大器)都具有各自的RF输入和RF输出,因此MAX2065能够配置为对噪声系数进行优化(放大器配置为第一级)或对线性度进行优化(放大器配置为最后一级),或者在这2个参数之间进行折中(放大器配置为中间第二级)
         在典型配置下(模拟衰减器数字衰减器驱动放大器),级联结构的总增益范围为62dB、最大增益为19.4dB、噪声系数仅为6.5dB。级联结构的线性度性能同样出色,具有+42dBmOIP3+63dBmOIP2以及+19dBmOP1dB。在接收器应用中,该优异的线性度特性增强了接收器对强干扰信号的抑制。二阶和三阶谐波失真(HD2HD3)也分别限制在-67dBc-83dBc以内,该性能简化了中心频率附近的谐波滤除设计要求,允许使用更为简单、成本更低的滤波器设计。
        器件优异的动态范围、噪声系数和线性度性能使其成为传统移动电话基础设施、WiMAX/LTE、固定宽带无线接入、军用系统和电缆调制解调器终端系统等多种接收器和发送器应用的最佳选择。
       高集成度实现了独特的特性组合,大大提高了应用灵活性/简便性
       MAX2065旨在为RF设计者提供大大优于竞争分立元件方案的应用灵活性和简便性。通过集成上述5种电路功能,MAX2065具有以下主要优势。
优势1SPI兼容接口减少了I/O数量
        MAX2065SPI/MICROWIRE兼容接口与其它VGA电路相比,可减少4倍的I/O (输入/输出)引脚数量。该3线接口可用于控制5位数字衰减器和模拟衰减器(通过片内8DAC完成)。另外,该SPI接口可使用户预先设定最多4个数字衰减器状态,用于器件的"速射"增益控制模式(将在下边进行详细说明)
优势2:通过片内8DAC对模拟衰减器实现简单、直接的数字控制
       采用专有的8DAC控制模拟衰减器。通过该片内控制DAC,用户可以采用简单的SPI指令,以0.12dB的步长方便地调节模拟衰减量。通过集成该功能,器件不仅免去了分立的控制DAC和电压基准,还简化了整体设计,无需为额外的SPI外围器件编程,也无需在PCB (印刷电路板)上布设额外的模拟控制走线。
       虽然该片内DAC无需外部模拟控制电压,但如果需要额外的衰减精度或增益调整/AGC控制环路仅为模拟控制时,用户仍然可以选择关闭该DAC,采用外部模拟电压控制。
优势3:具有低过冲/下冲幅度的超快速数字VGA切换性能,为宽带系统提供快速建立AGC电路
       在无线基础接收器中,快速建立AGC电路通常用于保护器件不受间歇性高压干扰信号的侵害。快速切换VGA是此类AGC电路的重要部分,它能够迅速衰减干扰信号,从而防止接收器的ADC端出现过驱动。MAX2065专为此类快速建立AGC应用而设计,器件的诸多性能均为实现快速数字衰减器切换性能而优化。
       MAX2065的一个主要设计目标是限制衰减器转换期间的过冲/下冲幅度。所有数字衰减器在从一个衰减状态转变至另一个状态期间,都会出现一定量的过冲/下冲。过多的过冲/下冲会导致频谱发散,从而引起EVM (发送模式)和灵敏度(接收模式)性能的下降。由于上述局限性,WCMDAcdma2000WiMAXLTE等大多数宽带系统以往只采用模拟VGA电路。
       MAX2065将任意两个衰减状态间切换产生的过冲/下冲幅度限制在0.05dB,且切换时间仅为40ns。设计者现在可以在所有宽带系统的动态应用中放心地使用器件的数字衰减器。
优势4:辅助的并行控制总线解决了SPI总线编程延时对快速建立AGC电路可能造成的影响
       为实现快速切换性能,MAX2065提供了辅助的5位并行控制接口。直接访问该5位总线可使用户避免SPI接口相关的编程延时。SPI总线的一个局限性在于其发送至每个外围器件的指令速度。通过直接访问5位并行接口,用户可以在快速建立AGC应用所需的任意衰减状态之间快速变换。
优势5:采用速射、预编程衰减器控制引脚进一步减少了I/O数量
       MAX2065能够在4个可预编程衰减级别之间提供速射增益选择。与上述的辅助5位总线一样,该速射增益选择可使用户迅速进入4个预先设定的衰减状态中的任意一个,而不会产生通过SPI总线设置器件时的相关延时。
       这种方式的切换速度与采用辅助的5位并行总线的速度相当。但通过采用速射增益选择方式,可以根据所需的状态数量,进一步减少5倍或2.5(5个控制位分别对比于12个控制位)的数字衰减器I/O。只触发STATE_A引脚(1个控制位),可以实现2个预先设定的衰减状态;触发STATE_ASTATE_B引脚(2个控制位),可以实现4个预先设定的衰减器状态。
       讨论一个实例情况。假设AGC应用需要静态衰减调节,以调整接收器的增益。该AGC电路还需要对可能引起接收器灵敏度下降以及ADC过驱动的干扰信号进行动态衰减。该实例中,MAX2065可以预先设置(通过SPI总线) 2种衰减状态:一个状态用于处理静态增益调节,另一个状态用于处理不期望的干扰情况。用户仅需设置一个I/O引脚,即仅触发STATE_A控制位即可在静态和动态衰减设置之间快速切换。
       如果需要,用户还可以使用第二个I/O引脚,即STATE_B控制位,设置另外2个衰减状态。这些额外的衰减设置可以用于软件定义的无线应用,这些应用中往往需要多个静态增益设置以处理不同的工作频率,或需要多个动态衰减设置以处理不同的干扰级别(由多个无线标准定义)
优势6:能够在功耗和性能之间进行优化折中
       MAX2065提供两种优化折中线性度及功耗的方法。第一,器件采用5V3.3V电源电压供电。采用3.3V电源可以使功耗降低3倍,虽然功耗降低了很多,但QIP3线性度仅降低了4.5dB。第二,MAX2065工作于5V低电流模式,其功耗可降低1.7倍,QIP3性能仅下降2dB。两种方式均可使设计者在功耗、性能以及成本之间进行优化折中。
优势7:减少元件数量和成本
       采用SiGe BiCMOS工艺,MAX2065在单片紧凑的器件中集成了上述5个电路功能。与等效分立电路相比,MAX20651/3的空间内提供了5倍的功能。这种节省成本和空间的特性达到了下一代无线基础设施设计中对收发器价格和体积的要求。
       MAX2065提供40-TQFN无铅封装,起价为$7.48 (1,000片起,美国离岸价)。还提供引脚兼容的数字(MAX2066)和模拟(MAX2067)对应器件。
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