采用RF2607的WLAN自動增益控制設計

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^大信號，接收機設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變化。在WLAN通信系統中，根據設計需要，要實現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，能夠保證整個系統的性能，使得下一級電路能夠在正常狀態下工作。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。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線距離應越短越好。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。控制電壓為3 V時增益最大，控制電壓為0 V時增益最小?？刂齐妷和ㄟ^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Av受控制電壓Vc的控制，閉環后系統對Av進行自動控制。環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，環路產生一控制信號，使Av減?。环粗?，在各種因素造成Vo減小時，環路也會產生控制電壓Vc使Av增加。即通過環路控制作用，無論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，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。控制電壓一般是由輸出信號經主中放、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，而要通過一個控制電壓形成AGC電路，它主要是根據檢波出的電壓大小，經過FPGA產生PWM波來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，控制電壓變大，反之亦然。
3.2 自動增益的具體實現方案
基于IEEE802.11a的WLAN接收機前端AGC的具體實現框圖如圖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波產生框圖均在QuartusⅡ環境下通過Velog程序來實現，然后再用FPGA實現對RF2607的自動增益控制。
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路噪聲系數小。而且，應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和截斷點。RF2607的典型噪聲系數為5 dB～10 dB。增益最大時(衰減最小時)，噪聲系數最小。因為輸入信號電平門限很低，因此，要求整個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，根據阻抗與匝數的關系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。經實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。有時會出現按典型應用來接外圍電路時無增益或增益達不到要求的現象，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。因為當加大RF2607的輸出阻抗時，會暫時出現增益放大的現象，但此放大現象很不規律，通電后時間一長很容易使RF2607燒壞，致使整個系統無法正常工作。

4 實驗評估
測試環設備以及環境：RS的SMU200A矢量信號發生器，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。所測數據如表1所示。

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

5 結束語
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通信基站模擬前端中。