采用RF2607的WLAN自動(dòng)增益控制設計

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跣盘柣蜻^(guò)大信號，接收機設置了自動(dòng)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(dòng)調整。自動(dòng)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變化。在WLAN通信系統中，根據設計需要，要實(shí)現70 dB的增益控制變化范圍。若沒(méi)有自動(dòng)增益控制電路，則在接收很強或極微弱的信號時(shí)，可能會(huì )使接收機產(chǎn)生飽和及過(guò)載，或使信號淹沒(méi)在噪聲中而接收不到信號，即接收機工作失常。在自動(dòng)增益控制電路的控制下，能夠保證整個(gè)系統的性能，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(dòng)態(tài)范圍大的特性，使用頻率范圍適合于射頻、中頻放大和調節的要求，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。引腳內接直流偏置。該引腳可與VCC直接連接，若與其他設備直接連接則要采取隔直措施。對于單端輸入，其中一個(gè)引腳作為輸入端，另一個(gè)CDMA輸入端交流耦合接地。平衡輸入時(shí)輸入阻抗為l kΩ，單端輸入時(shí)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(xiàn)越短越好。一般接地線(xiàn)要粗。
FM+：FM平衡輸入。該引腳內接直流偏置，如果與其他設備直接連接要采取隔直措施。對于單端輸入，其中一個(gè)引腳作為輸入端，另一個(gè)FM輸入端交流耦合接地。平衡輸入時(shí)輸入阻抗1.7 kΩ，單端輸入時(shí)輸入阻抗為850 Ω。
FM-：除了互補輸入外，其他同FM+。
IN SELECT：控制選擇中頻輸入(FM或CDMA模式)。這是數控輸入端。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(mén)限電平約為l.3 V。
NC：懸空。該引腳內部偏置，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(kāi)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(guò)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線(xiàn)距離應越短越好。接地端的分流電容直接接地。
GC：放大器的模擬增益調整。有效控制電壓為0 V~-3 V?？刂齐妷簽? V時(shí)增益最大，控制電壓為0 V時(shí)增益最小?？刂齐妷和ㄟ^(guò)一個(gè)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(dòng)增益控制原理及系統方案
3.1 基本原理
自動(dòng)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Av受控制電壓Vc的控制，閉環(huán)后系統對Av進(jìn)行自動(dòng)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(guò)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增加或電路參數變化使增益變大而導致Vo增加時(shí)，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(shí)，環(huán)路也會(huì )產(chǎn)生控制電壓Vc使Av增加。即通過(guò)環(huán)路控制作用，無(wú)論Vi變化或系統參數變化，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，根據控制引腳7的電壓高低選擇控制工作模式。工作時(shí)，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上的電壓控制內部放大器的放大倍數，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(guò)一個(gè)控制電壓形成AGC電路，它主要是根據檢波出的電壓大小，經(jīng)過(guò)FPGA產(chǎn)生PWM波來(lái)判斷和改變控制電壓，保證后級能夠正常工作；當檢測電壓小時(shí)，控制電壓變大，反之亦然。
3.2 自動(dòng)增益的具體實(shí)現方案
基于IEEE802.11a的WLAN接收機前端AGC的具體實(shí)現框圖如圖3所示。

在WLAN通信應用中，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(lèi)似，只不過(guò)要加一個(gè)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(guò)Velog程序來(lái)實(shí)現，然后再用FPGA實(shí)現對RF2607的自動(dòng)增益控制。
RF2607的典型應用外圍電路如圖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)路噪聲系數小。而且，應對輸入信號加所需的增益，而不是開(kāi)始就將所有的增益加上，然后根據輸入信號再來(lái)衰減。使用電壓控制放大器降低了固定放大器的噪聲系數和截斷點(diǎn)。RF2607的典型噪聲系數為5 dB～10 dB。增益最大時(shí)(衰減最小時(shí))，噪聲系數最小。因為輸入信號電平門(mén)限很低，因此，要求整個(gè)系統的噪聲系數盡可能小。圖4中的T1、T2為變壓器，其作用主要是實(shí)現阻抗匹配，利用變壓器耦合連接，根據變壓器初、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)是負載和回路之間沒(méi)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，根據阻抗與匝數的關(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)際測試達到了預想指標要求。
3.3 RF2607使用中的注意事項
RF2607使用時(shí)要盡量按照典型和通用的外圍電路來(lái)接，不要輕易改動(dòng)，尤其是在輸入輸出阻抗方面。有時(shí)會(huì )出現按典型應用來(lái)接外圍電路時(shí)無(wú)增益或增益達不到要求的現象，這時(shí)要仔細檢查信號源是否選對和連接等方面的問(wèn)題，不要隨意改動(dòng)輸出阻抗的大小。因為當加大RF2607的輸出阻抗時(shí)，會(huì )暫時(shí)出現增益放大的現象，但此放大現象很不規律，通電后時(shí)間一長(cháng)很容易使RF2607燒壞，致使整個(gè)系統無(wú)法正常工作。

4 實(shí)驗評估
測試環(huán)設備以及環(huán)境：RS的SMU200A矢量信號發(fā)生器，WLAN收端實(shí)驗PCB電路板，DT65型萬(wàn)用表。
在70 MHz中頻附近，隨著(zhù)輸入電平的改變，控制電壓值也隨之改變。所測數據如表1所示。

通過(guò)以上實(shí)驗及其所測得的數據，表明RF2607能根據輸入信號的不同自動(dòng)調整其增益大小。

5 結束語(yǔ)
新型可變增益放大器RF2607能良好地工作在WLAN接收機的模擬前端，其性能受到許多通信系統的青睞，在光纖通信、微波通信、衛星通信等系統以及雷達、廣播電視系統中都得到了廣泛的應用，也被應用于第三代移動(dòng)通信基站模擬前端中。