Приемник прямого усиления на микросхеме: Приёмник прямого усиления на цифровой микросхеме / Хабр

Содержание

Приёмник прямого усиления на цифровой микросхеме / Хабр

За всю историю радиолюбительского движения было разработано множество конструкций радиоприёмников. Особенно ценились простые и хорошо повторяемые устройства.

Приведённая в публикации схема выглядит достаточно экзотично, но, тем не менее, после правильной сборки начинает работать сразу. Схема после настройки входного колебательного контура на частоту вещания может принимать местную радиостанцию диапазона ДВ или СВ.

Конструкция была опубликована в журнале «Радио» №6 за 1982 год в разделе «Радио – начинающим». Разработали устройство Н. Смирнов и В. Стрюков.

Для того, чтобы разобраться, почему эта схема работает, нужно заглянуть внутрь прямоугольников, обозначающих логические элементы.

Простейшим элементом КМОП-логики является инвертор, известный также как элемент «НЕ». Чтобы посмотреть, как он устроен, обратимся к справочнику В.Л. Шило «Популярные цифровые микросхемы» 1987 года издания.

В части рисунка, обозначенной как «а», показано поперечное сечение кремниевой подложки, где расположен КМОП-инвертор. В части «в» показана полная схема КМОП-инвертора с защитными и паразитными диодами.

Хотелось бы заострить внимание на защитном диоде, обозначенном как VD1. Вот что написано про этот легендарный диод в главе 8 второго издания книги Хоровица и Хилла «Искусство схемотехники»:

8.35 Прирожденные недостатки ТТЛ и КМОП.
«…Дальше идет уже чистая фантастика: вы забыли подключить контактный вывод Ucc корпуса КМОП, но все-таки схема работает просто идеально! А дело все в том, что она получает питание по одному из своих логических входов (от входа через защитный диод к цепи Ucc корпуса). Вы можете не замечать этого в течение довольно длительного времени, пока не возникает ситуация, когда одновременно на всех входах корпуса будет действовать низкий уровень: кристалл потеряет питание и «забудет» свое состояние. В любом случае такой режим не может считаться нормальным, так как выходной каскад не запитан нужным образом и не в состоянии обеспечить номинальный ток. Сложность состоит в том, что подобная ситуация может давать о себе знать лишь эпизодически, поэтому вам придется пробежать не один круг, пока вы, наконец, додумаетесь, что же в действительности происходит.»

В части «б» показана упрощённая схема КМОП-инвертора. Он состоит из двух МОП-транзисторов разной проводимости. При подаче на вход сигнала низкого уровня верхний по схеме транзистор VT1 открывается, нижний по схеме VT2 – запирается, и на выходе инвертора появляется напряжение высокого уровня, практически равное напряжению питания. При подаче на вход сигнала высокого уровня VT1, наоборот, запирается, а VT2 – открывается, и на выходе появляется напряжение низкого уровня, практически равное нулю. Вход инвертора защищён от перенапряжения и статического заряда стабилитроном VD1, который на рисунке поперечного сечения и полной схеме не показан.

На рисунке ниже приведена упрощённая схема элемента «2ИЛИ-НЕ» из состава К176ЛЕ5, эквивалентная схема и таблица состояний этого элемента.

Как мы видим по упрощённой схеме элемента «2ИЛИ-НЕ», схема инвертора дополнена двумя транзисторами, включенными так, чтобы напряжением высокого уровня на любом входе открывался какой-либо нижний транзистор (VT3 или VT4), а соответствующий верхний транзистор (VT1 или VT2) запирался, и на выходе появлялось напряжение низкого уровня. Соответственно, напряжение высокого уровня на выходе элемента появляется только тогда, когда на все входы элемента «2ИЛИ-НЕ» будет подано напряжение низкого уровня.

Незадолго до публикации схемы приёмника прямого усиления на логической микросхеме в журнале «Радио» №7-8 за 1981 год была статья М. Воскобойникова «Цифровые микросхемы в устройствах НЧ», в которой рассматривается работа микросхем серий К172, К176 и К178 в линейном режиме.

В линейный режим элементы КМОП-логики можно ввести или подбором на входе напряжения смещения, или введением отрицательной обратной связи (ООС) по постоянному напряжению. Применение ООС обеспечивает более стабильную работу.

В левой части рисунка ниже кривыми представлено поле значений передаточной характеристики инвертирующего элемента КМОП, а прямой линией – характеристика ООС. За счёт того, что входы элементов КМОП-логики практически не потребляют тока, наклон прямой равен 45°. Возможные «рабочие точки» элемента в линейном режиме располагаются в точках пересечения характеристик и примерно равны половине напряжения питания.

В правой части рисунка представлены «типовые» схемы включения в линейном режиме инвертирующих элементов серии К172 (а) и К176 (б). Отдельно указано, что элементы серии К176 при включении по схеме «а» склонны к самовозбуждению на частотах до 100 Гц.

Параметры каскадов определяются номиналами резисторов R1 и R2 в цепи ООС. Конденсатор C2 служит для устранения обратной связи по переменному напряжению. Входное сопротивление каскада приблизительно равно R1. Коэффициент передачи каскада по напряжению для микросхем серии К176 приблизительно равен 400. На частотах выше 1 МГц коэффициент передачи понижается.

В схеме приёмника элементы D1.1 и D1.2 введены в линейный режим включением ООС по схеме «а». При этом на выходах D1.1 и D1.2 устанавливается напряжение, приблизительно равное половине напряжения питания.

В схему входного каскада приёмника на элементе D1.1 в качестве резистора R1 из схемы «а» включен входной колебательный контур L1C1. При такой схеме включения входное сопротивление каскада равно выходному сопротивлению контура, т.е. обеспечивается согласование этих сопротивлений.

Элементы D1.3 и D1.4 переводятся в линейный режим напряжением (смещения) на выходе элемента D1.2. При использовании динамика элементы включаются параллельно, динамик подключается через трансформатор:

Оригинальная схема питается от источника постоянного тока напряжением 9 В. Конденсаторы C8 и C9 предназначены для предотвращения самовозбуждения по цепям питания. Лучшей практикой является монтаж керамического конденсатора из этой пары непосредственно на выводы питания цифровой микросхемы.

При работе с данной схемой был замечен любопытный эффект: при уменьшении напряжения питания тепловыделение уменьшалось, что логично, а усиление схемы увеличивалось. По информации с форумов радиоприёмник сохранял работоспособность при понижении напряжения питания до 3 В.

От автора

В публикации описана довольно любопытная схема радиоприёмника, собранного на элементной базе, совершенно не предназначенной для этого.

При анализе работы схемы мы разобрали устройство и принцип действия элементов КМОП, узнали про линейный режим работы элементов КМОП и использование их в качестве усилителя аналогового сигнала.

Отдельно упомянута проблема «паразитного» питания элементов КМОП через защитный диод.

Надеюсь, что эти знания будут кому-то полезны!

Приёмник прямого усиления на индикаторной микросхеме

   Микросхема – индикатор AN6884 широко используется радиолюбителями как по прямому назначению ( светодиодный индикатор уровня сигнала ), так и в схемах различных датчиков, дистанционных переключателей, узлов защиты.


   Но этим её применение не ограничивается. Если рассмотреть её структурную схему, то можно увидеть все необходимые узлы приёмника прямого усиления, – входной усилитель ( УРЧ ), детектор, выходные компараторы ( УЗЧ ). Необходимо только компаратор первой ступени вывести на режим линейного усиления.

   На Рис.1 изображена схема приёмника прямого усиления на средние волны. L1магнитная антенна, а подбором сопротивления R3 компаратор выводим в режим УНЧ. Переменным конденсатором С1 приёмник настраивают на радиостанцию СВ диапазона. Сигнал станции поступает через С2 на входной усилитель микросхемы А1, работающей теперь как усилитель ВЧ

. Далее усиленный сигнал поступает на детектор. Чтобы увеличить быстродействие детектора ёмкость конденсатора, подключенного к выв. 7 А1 снижена до 0,01 мкФ.

   С выхода детектора ЗЧ сигнал идёт на УНЧ, которым здесь работает компаратор нижнего уровня. Нагружен компаратор микродинамиком В1, а чтобы перевести его в более или менее линейный режим между его входом и выходом включён резистор R3. Подбором его сопротивления устанавливают ток покоя через В1 около 1,5 мА ( для других аналогичных микросхем ток подбирать экспериментально, – по наилучшему звучанию ).
Магнитная антенна намотана на ферритовом стержне диаметром 8 мм. Для работы на средних волнах она содержит 80 витков провода диаметром 0,15 – 0,35 мм. Намотка виток к витку.

источник: «РАДИОКОНСТРУКТОР» 2-2007, стр. 2-3.

Похожее

УКВ приемник прямого усиления на микросхеме LM358

Для приема сигналов радиостанции авиаслужб, работающих на частотах УКВ-диапазона с амплитудной модуляцией, можно использовать .

Главным достоинством такого типа приемников является отсутствие каких-либо генераторов в схеме устройства. При этом отсутствует излучение высокочастотной энергии в приемную антенну. Такой приемник можно использовать даже на борту авиалайнера, не опасаясь создать помехи навигационной аппаратуре.

Принципиальная схема

На рис. 1 приведена принципиальная электрическая схема приемника. Полезный сигнал с антенны WA1 выделяется резонансным контуром L1, С2 и далее детектируется диодом VD1.

Для улучшения детекторной характеристики через диод VD1 протекает в прямом направлении небольшой ток, заданный резистором R1. Выделенная огибающая амп-литудно-модулированного сигнала усиливается двумя каскадами усилителя низкой частоты, выполненными на операционном усилителе DA1.

Усиленный сигнал низкой частоты через разделительный конденсатор С8 излучается динамиком ВА1. Для регулировки уровня громкости служит переменный резистор R3. Так как с ростом частоты все большее влияние на характеристики устройства оказывают его конструктивные особенности и параметры элементов, то приведем описание конкретных элементов схемы.

Рис. 1. Принципиальная схема простого самодельного УКВ приемника прямого усиления на микросхеме LM358.

Детали

Диод VD1 должен быть обязательно германиевым. При использовании кремниевого диода заметно снижается чувствительность приемника.

Конденсатор настройки С2 на рабочую частоту должен иметь как можно меньшие габариты. Его максимальная емкость может составлять не более 20 пФ, а минимальная — не более 5 пФ.

Катушка индуктивности L1 бескаркасная, намотана посеребренным проводом диаметром 1 мм на оправке диаметром 10 мм и содержит 4…5 витков. Длина намотки составляет 10 мм.

Рис. 2. Микросхема LM358 — внешний вид и расположение выводов.

Контурные катушку и конденсатор можно применить и заводские, взяв их из радиовещательного приемника FM-диапазона. Однако так как станции авиаслужб работают выше по частоте, чем FM-станции, то при использовании таких контуров следует уменьшить индуктивность катушки, например, уменьшив количество витков.

Для получения большего коэффициента усиления величину сопротивления резистора R5 можно уменьшить. При этом для сохранения амплитудно-частотной характеристики в области низких частот следует увеличить емкость конденсатора С7 до 4,7 мкФ.

Приемник собран на небольшой печатной плате, помещенной в маленький пластмассовый корпус. При этом использовалась встроенная петлевая антенна.

Автор статьи — В. Семин. Статья опубликована в РЛ, №5,2003 г.

Схема радиоприемника прямого усиления на логической микросхеме К176ЛЕ5

Некоторые серии логических микросхем, в частности, выполненные на комплементарных парах МОП транзисторов, могут быть использованы в радиоприемных устройствах. На рис. 20.15 приведена схема приемника прямого усиления на микросхеме типа K176ЛE5. Прием радиостанций ведется на магнитную антенну WA1. Колебательный контур приемника состоит из катушки индуктивности L1 и конденсатора переменной емкости С1, с помощью которого ведется настройка на радиостанции. Выделенный контуром сигнал подается на усилитель ВЧ, собранный на элементе DD1.1.

Рис. 20.15. Принципиальная схема радиоприемника прямого усиления на логической микросхеме К176ЛЕ5

Между входом и выходом элемента включен резистор R1, осуществляющий отрицательную обратную связь по постоянному напряжению. Для устранения такой связи по переменному току используется конденсатор С2. С выхода элемента DD1.1 усиленный сигнал поступает на детектор, выполненный на диодах VD1 и VD2, включенных по схеме удвоения напряжения. Нагрузкой детектора является резистор R2, с которого звуковой сигнал подается на УЗЧ, выполненный на элементах DD1.2…DD1.4. В первом каскаде УЗЧ введена отрицательная обратная связь по постоянному напряжению через резисторы R3, R4. При этом на выходе элемента DD1.2 устанавливается стабильное напряжение, равное половине напряжения источника питания, что позволяет не ставить аналогичные цепочки в последующих каскадах УЗЧ. По переменному напряжению звуковой частоты обратная связь снимается подключением конденсатора Сб. Нагрузкой УЗЧ являются стереофонические наушники, подключаемые к гнезду XS1. Для питания приемника используется источник питания 9 В, например, батарея типа «Крона» или аккумулятор 7Д-0,125. Радиоприемник сохраняет свою работоспособность при снижении напряжения питания до 3 В.

Детали

В приемнике, вместо микросхемы K176ЛE5, можно использовать микросхему K176ЛA7 без изменений схемы приемника. Резисторы типа МЛТ-0,125, электролитические конденсаторы С6, С7, С9 типа К50-6, остальные конденсаторы типа К10-7В. В схеме приемника будут использованы резисторы и конденсаторы, номинальные значения которых в 2…3 раза отличаются от указанных на схеме. Конденсатор переменной емкости КПТ-2 емкостью 5…270 пФ. Для приема средних волн, катушка L1 магнитной антенны содержит 80 витков провода ЛЭП-5х0,06, намотанных на картонном каркасе, размещенном на ферритовом сердечнике М400НН1 100×8 мм. Все детали приемника собраны на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита размером 45×40 мм.

Собранный из исправных деталей приемник особой наладки не требует и при подключении питания начинает сразу работать. При эксплуатации приемника вблизи мощных радиостанций появляется возможность прослушивания радиопередач на электродинамическую головку. В этом случае выходной каскад переделывают согласно схеме рис. 20.16. Выходной трансформатор Т1 берется от любого транзисторного радиоприемника, при этом используется одна половинка первичной обмотки. Динамическая головка ВА1 может быть любого типа. Мощность 0,05…0,5 Вт.

 

Рис. 20.16. Принципиальная схема включения динамика в радиоприемник прямого усиления на логической микросхеме К176ЛE5

Литература: В.М. Пестриков. Энциклопедия радиолюбителя.

ПРИЕМНИК НА ОДНОЙ МИКРОСХЕМЕ

ПРИЕМНИК НА ОДНОЙ МИКРОСХЕМЕ

ПУТЬ в ЭФИР


15. ПРИЕМНИК НА ОДНОЙ МИКРОСХЕМЕ.

    Один из путей изготовлении приемника для наблюдений за работой любительских радиостанций — переделка обычного радиовещательного приемника. Однако при всей привлекательности идеи использовать как основу готовый приемник переделка получается не очень простой и не слишком доступной начинающим радиолюбителям. Как полагает автор, самыми легко повторяемыми приемниками для коротковолновиков долго ещё будут приемники прямого преобразования, или, как правильно их назвать, гетеродинные приемники.
    Принцип их действия чрезвычайно прост и очевиден: принимаемый сигнал преобразуется по частоте с помощью смeсителя и гетеродина непосредственно в низкую, звуковую частоту. При приеме телеграфных (CW) сигналов гетеродин приемника настраивают на 600…1000 Гц выше или ниже частоты сигнала и на выходе смесителя появляются биения именно с этой звуковой частотой. Любопытно заметить, что именно так принимали телеграфные сигналы в начале века, когда только-только начали применяться передатчики незатухающих колебаний. При приеме однополосных (SSB) сигналов гетеродин настраивают возможно точнее на частоту подавленной несущей. Основное усиление сигнала в гетеродинном приемнике происходит на низкой частоте.
    Микросхема К174ХА2 содержит все узлы типового супергетеродинного приемника (кроме детектора и усилителя звуковой частоты), на основе которых можно создать гетеродинный приемник. Так, апериодический усилитель радиочастоты (УРЧ) с возможностью регулировки усиления, смеситель и гетеродин, образующие преобразователь частоты, в нашем приемнике использован по прямому назначению. Что касается четырехкаскадного усилителя промежуточной частоты (УПЧ). то он выполняет функции усилителя звуковой частоты. В чем, кстати, также предусмотрена возможность регулировки усиления, но в нашей приемнике она не задействована.
    Следующий важный вопрос: какой из любительских диапазонов выбрать для первого приемника начинающего коротковолновика? Очевидно, тот, на котором работает много русскоязычных коротковолновиков и наблюдателю на первых порах не потребуется знания английского языка, принятого для международного обмена. Ответ однозначен — диапазон 160 метров. Это типично «ночной» диапазон, где днем из-за сильного поглощения радиоволн в нижних слоях ионосферы можно никого и не услышать. Зато ночью с большой громкостью проходят станции европейской части России, Украины, Белоруссии, Прибалтика, а при известном терпении и хорошей антенне можно услышать всю Европу и всю Сибирь. В дальнейшем, изменив данные всего двух контуров приемника, его можно перестроить на любительские диапазоны 80, 40 и даже 20 метров. Это было проверено экспериментально: на всех диапазонах приемник показал неплохие результаты.
    Принципиальная схема гетеродинного приемника на микросхеме К174ХА2 показана на рис. 1. Сигнал от антенны через катушку связи L1 поступает на входной контур L2C1, настроенный на среднюю частоту 160-метрового диапазона (полоса частот 1830….1930 кГц). Этот контур нужен для ослаблений помех от мощных средневолновых радиовещательных станций, расположенных ниже по частоте. И мощных коротковолновых связных радиостанций, расположенных на более высоких частотах. Выделенный этим контуром сигнал подается через конденсатор связи С2 на вход УРЧ микросхемы. Другой вход УРЧ «заземлен» (т.е. соединен с общим проводом) через конденсатор С3. Через эти конденсаторы протекают только переменные токи радиочастоты, а режим микросхемы по постоянному току не нарушается. Переменным резистором R1 регулируют усиление УРЧ. Когда его движок наводится в левом по схемe положении, усиление максимально. Подбором резистора R2 можно при необходимости изменить пределы регулировки усиления.


Рис. 1.

    Гетеродин приемника содержит всего лишь несколько навесных элементов. Контур гетеродина образован катушкой L3 и конденсаторами С6, С7 и С8. Большую часть емкости контура обеспечивает конденсатор С6. Для увеличения плавности настройки («растяжки» любительского диапазона на всю шкалу) максимальная емкость переменного конденсатора С8 должна составлять всего 12…15% обшей емкости контура. Если емкость переменного конденсатора больше приведенной на схеме, то следует соответственно уменьшить ёмкость «растягивающего» конденсатора С7. В данном приемнике вместо рекомендуемой в справочниках для этой микросхемы схемы гетеродина с индуктивной обратной связью использован гетеродин с ёмкостной обратной связью, что позволило значительно упростить навесную часть схемы и облегчить изготовление катушки. Сигнал обратной связи заводится с контура гетеродина через конденсатор небольшой ёмкости С5 на неинвертирующий вход дифференциального усилительного каскада гетеродина микросхемы. Другой, инвертирующий вход этого каскада «заземлен» по высокой частоте через конденсатор С4. Стабильность частоты гетеродина определяется качеством входящие в него деталей, но на относительно низких частотах 160 метрового диапазона проблем со стабильностью обычно не возникает.
    УРЧ и гетеродин внутри микросхемы соединены со входами кольцевого балансного смесители, выполненного из четырех транзисторах. В коллекторную цепь одной пары транзисторов включен резистор нагрузки R4, на которой и выделяется звуковая частота (биения), равная разности частот сигнала и гетеродина. Резистор нагрузки зашунтирован конденсатором С12, выполняющий роль простейшего фильтра нижних частот и ослабляющим звуковые частоты выше 2,5…3 кГц. Отфильтрованный сигнал звуковой частоты через разделительный конденсатор С13 подается на вход УПЧ микросхемы, используемый в этом приемнике как УЗЧ. Другой вход усилителя соединен с общим проводом (по переменному току) конденсатором С15, а конденсатор С14 устраняет обратную связь по звуковым частотам во внутренней цепочке, стабилизирующей режим усилителя по постоянному току. Ввиду того, что усиливаются относительно низкие частоты, названные конденсаторы должны иметь значительную ёмкость.
    Выходной каскад усилителя выполнен в микросхеме на р-n-р транзисторе с открытым коллектором (вывод 7). Экспериментально установлено, что если коллектор соединить с общим проводом через резистор сопротивлением около 1,5 кОм, то получается симметричное ограничение больших выходных сигналов начиная с амплитуды примерно 1 В. В данном приемнике необходимое сопротивление нагрузки получается при параллельном соединении резистора нагрузки R3 и высокоомных телефонов. Это позволило обойтись без разделительного конденсатора на выходе, но при подключении телефонов желательно соблюдать полярность, указанную на вилке телефонов и выходном разъёме XS2. При соблюдении полярности магнитный поток в телефонах, создаваемый постоянной составляющей коллекторного тока выходного транзистора, будет складываться с потоком постоянных магнитов, отчего работа телефонов только улучшится.
    Как уже упоминалось, система регулировки усиления УПЧ не задействована, поэтому вывод 9 (вход АРУ) соединен с общим проводом. При желании можно ввести в приемник электронный регулятор усиления и по низкой частоте. Схема его совершенно аналогична схеме регулятора усиления по радиочастоте (резисторы R1 и R2), за исключением того, что движок потенциометра соединяется с выводом 9. Moжнo пойти и дальше по пути усовершенствования приемника, введя в него систему АРУ по низкой частоте. Для этого надо продетектировать выходной звуковой сигнал и подать выпрямленное и сглаженное напряжение на вывод 9. Тогда между выводом 10 и общим проводом можно будет включить стрелочный измерительный прибор, который послужит измерителем силы сигнала — S-метром. Однако подобными усовершенствованиями рекомендуется заняться уже после того, как приемник будет изготовлен и настроен.
    Контурные катушки приемника L2 и L3 намотаны на стандартных четырехсекционных каркасах, используемых в подавляющем большинстве отечественных портативных приемников. Они содержат по 60 витков провода ПЭЛ 0,1…0,15, по 15 витков в каждой секции каркаса. Диаметр намотки получается около 5 мм, общая длина — 6 мм. Катушки подстраиваются ферритовыми стержневыми сердечниками диаметром 2,7 мм. Катушка связи L1 наматывается поверх контурной катушки L2, на том же каркасе в той его секции, которая ближе к «заземленному» выводу контурной катушки. Катушка связи может содержать от 3 до 10 витков любого изолированного провода. Меньшее число витков используется при более длинных наружных антеннах, чтобы приемник не перегружался по входу. Можно сразу намотать катушку связи с двумя-тремя отводами и подобрать оптимальную связь с антенной при налаживании приемника. Катушки желательно поместить в экраны любой конструкции. В этом приемнике важно обеспечить минимальную связь между входной и гетеродинной катушками, поэтому, если экраны не используются, катушки следует разместить на плате подальше друг от друга.
    Конденсаторы С1…С7 использованы керамические, особое внимание следует обратить на температурный коэффициент ёмкости конденсатора С6 он должен быть близким к нулевому или небольшим отрицательным, что обеспечит хорошую температурную стабильность частоты гетеродина. Конденсатор настройки С8 может быть любого типа, с воздушным диэлектриком, главное, чтобы он был оснащен удобной ручкой, желательно большого диаметра, и обеспечивал лёгкое и плавное вращение ротора. Для облегчения настройки на SSB станции желательно использовать верньер с замедлением в 5…10 раз. При использовании КПЕ от радиовещательных приемников с максимальной ёмкостью 240…510 пФ ёмкость «растягивающего» конденсатора С7 следует уменьшить до 100…50 пФ соответственно. Остальные детали приемника могут быть любых типов.
    Печатная плата для этого приемника не разрабатывалась, а макет был выполнен навесным монтажом на пластинке фольгированного стеклотекстолита размерами примерно 50 х 100 мм. Микросхема размещается в середине фольгированной поверхности выводами кверху и закрепляется припайкой выводов 8 и 9 к фольге через короткие отрезки луженого медного провода. Отгибать выводы микросхемы не рекомендуется — они могут отломиться. Затем распаиваются конденсаторы СЗ, С4, С9, С10, С12, С14 и С15 между соответствующими выводами микросхемы и фольгой. Катушки крепятся припайкой экрана или свободных выводов каркаса к фольге. Затем распаиваются остальные детали и проводники. Плату следует прикрепить стойками или уголками к металлической передней панели, на которой закрепляются конденсатор настройки С8, регулятор усиления R1, разъёмы антенны XS1 и телефонов XS2. Передняя панель должна иметь хороший электрический контакт с фольгой платы, служащей общим проводом. Такая конструкция полностью устраняет влияние рук на настройку. Провод, идущий от статора КПЕ настройки С6 к контуру гетеродина, должен быть по возможности жестким и коротким, чтобы не ухудшилась стабильность частоты.
    Налаживание приемника чрезвычайно просто и сводится к настройке двух контуров на частоты любительского диапазона 1640…1940 кГц. Если есть генератор стандартных сигналов, то его выход следует подключить к разъему антенны и вращением подстроечника катушки L3 установить нужную частоту приема. Уменьшая уровень сигнала от ГСС и вращая подстроечник катушки L2, добиваются максимальной громкости приема, что соответствует настройке входного контура в резонанс. При отсутствии ГСС все тоже самое можно проделать, принимая сигналы любительских радиостанций. Приемник неплохо работает и с комнатной антенной — отрезком провода длиной несколько метров, но для приема дальних станций все же лучше использовать наружную антенну. В этом случае возможно потребуется подобрать число витков катушки связи L1. Его следует уменьшить настолько, чтобы приемник не перегружался сигналами станций и помех, но еще не потерял чувствительности.
    Измерение параметров приемника показало очень неплохую чувствительность в телеграфном режиме — около 1 мкВ при отношении сигнал/шум не менее 10 дБ. Уровень внешних шумов на 160-метровом диапазоне обычно бывает заметно выше. Реальная селективность приемника не слишком высока и едва достигает 50 дБ, что зависит от качества и параметров использованной микросхемы. У гетеродинных приемников реальная селективность определяется прямым детектированием мешающих сигналов в смесителе. Измерить её можно следующим образом устанавливают немодулированный сигнал ГСС такого уровня, чтобы отношение сигнал/шум на выходе составило 10 дБ (это можно контролировать по осциллографу, подключенному параллельно телефонам), и замечают уровень выходного сигнала. Затем расстраивают ГСС относительно частоты приема на 40…50 кГц и включают амплитудную модуляцию глубиной 30%. Повышают уровень высокочастотного сигнала ГСС настолько, чтобы на выходе появилось такое же напряжение, но теперь уже не частоты биений, а модулирующей частоты (хотя частоты могут быть и одинаковыми, например 1000 Гц). Величина, на которую пришлось увеличить сигнал ГСС, и дает значение реальной селективности в децибелах.
    Прямое детектирование в гетеродинных приемниках — вредное явление, ограничивающее возможность приема слабых сигналов при воздействии сильных помех. У описываемого приемника оно начинается при напряжении помех на входе около 300 мкВ, поэтому автор и предостерегает от использования больших наружных антенн, сильно связанных с входным контуром. Кстати сказать, у многих не слишком сложных и дорогих супергетеродинных KB приемников, и фабричного, и любительского производства, реальная селективность нe выше 50 дБ. К ним также относится все то, что здесь сказано о длинных антеннах.
    Описанный приемник работоспособен при напряжении питания примерно от 4 до 12 В, но все же оптимальным напряжением питания следует считать 9 В, при этом обеспечивается достаточная громкость звука в телефонах и еще не слишком велик потребляемый ток — около 8 мА. Приемник можно питать и от маленькой батареи типа «Крона», конструктивно выполнив его в портативном варианте.

Борис СТЕПАНОВ, RU3AX

«Радио» 1995 г.


| Содержание | 16. КАК ОФОРМЛЯТЬ ОТЧЕТЫ ОБ УЧАСТИИ В СОРЕВНОВАНИЯХ. |


Приёмник прямого усиления на одном транзисторе и микросхеме « схемопедия


В отличие от предыдущей схемы (малогабаритный приёмник прямого усиления на двух транзисторах и одной микросхеме) этот приёмник собран на одном транзисторе типа кт315 и ещё более доступной микросхеме к157уд2. Но не только доступность деталей послужила поводом для создания этого приёмника. Также, приёмник собирался с целью ещё более сократить потребляемый приёмником от батареи ток. Данный приёмник, в отличие от конструкции на двух транзисторах и микросхеме, описанной на этом сайте ранее, потребляет ток почти на 40% меньше. Это обусловлено низкой потребляемой микросхемой мощностью. Как и в предыдущем приёмнике, в этом применена фиксированная настройка на частоту радиостанции «Маяк» средневолнового диапазона, а именно 549 кГц. Можно также настроить на частоту «Маяка» в длинноволновом диапазоне, но на этом диапазоне днём много помех, но поздно вечером и рано утром приём чистый.

Число витков контурно катушки L1 – 80 – 100

Число витков катушки связи L2 – 10

Сигнал, выделенный контуром, с катушки связи поступает на базу транзистора Т1, выполняющего функцию предварительного УВЧ. С транзистора сигнал поступает далее на микросхему DA1, первая половина которой, отвечает за усиление сигнала высокой частоты. С неё же сигнал идёт далее не детектор, собранный по стандартной схеме удвоения напряжения на диодах типа Д9Б. После детектора сигнал поступает через регулятор громкости на вторую половину микросхемы, выполняющую функции усилителя низкой частоты, а с неё далее на наушники.

Так выглядит печатная плата приёмника:

Налаживание приёмника упрощено до предела, при условии, если приёмник собран правильно и из исправных запчастей, то единственной настройкой в схемы будет – настройка на частоту радиостанции.

Скачать печатную плату в формате LAY

Автор: Липкин Андрей Фёдорович. Email: [email protected]

Прямого усиления

Радиоприемник «Малыш»

Подробное описание 1-V-3 приемника П401, П13х4, согласующий трансформатор, ДЭМШ-1

«Радио»

1960

11

Румянцев М.

Приемники с питанием от «земляной» батареи

Используя гальванические пары, помещенные во влажный грунт, можно получить батарею для питания радиоаппаратуры

«Радио»

1963

10

Ногин В.

Карманный приемник «Весна»

ДВ, СВ. Собран по рефлексной схеме 2-V-3 на 5-ти транзисторах

«Радио»

1964

5

Кокачев В.

Простой карманный приемник

Собран по схеме прямого усиления 1-V-2. Диапазон 173 — 1300 кГц Чувствительность 10 мВ/м Питание 3 В, 10 мА

«Радио»

1964

8

Серов В.

Радиоприемник «Сказка»

Экспонат 18 радиовыставки. СВ 2-V-3 на 5 транзисторах.

«В помощь радиолюбителю»

1964

17

Фаловский П.

Транзисторный приемник для приема местных передач

СВ приемник прямого усиления на 8-ми транзисторах

«Радио»

1964

7

Кальнин Б.

Увеличение чувствительности транзисторных приемников

Описан приемник прямого усиления с чувствительностью лучше 5 мВ/м за счет увеличения усиления УВЧ

«Радио»

1964

9

Васильев В. (UA4HAN)

Любительский карманный приемник

ДВ или СВ прямого усиления 2-V-4 на 6-ти транзисторах

«Радио»

1965

11

Румянцев М.

Миниатюрный приемник на двух транзисторах

Приемник собран по рефлексной схеме 1-V-2

«Радио»

1965

1

Кокачев В.

Простой рефлексный приемник

На трех транзисторах (2-V-3)

«Радио»

1965

1

Моков И.

Приемник прямого усиления

Высокочувствительный 9-ти транзисторный

«Радио»

1966

3

Шушаков М.

Приемник с повышенной чувствительностью

8-ми транзисторный прямого усиления. 4-х каскадный УВЧ

«Радио»

1967

11

Зыков Н.

Экономичный карманный приемник

Рефлексный 600 — 1700 м на 5-ти транзисторах Uпит = 1,5 В

«Радио»

1967

4

Буянов Э.

Двухтранзисторный 1-V-2

Простой приемник на П401 и МП41

«Радио»

1969

9

Путятин Н.

Малогабаритный 2-V-2

5-ти транзисторный, выход на наушники

«Радио»

1970

2

Архипов Е.

Транзисторный 3-V-4

(Дополнения в №8 1971г стр.61). ДВ,СВ 9-ти транзисторный

«Радио»

1970

11

Мелешенковский В.

Малогабаритный рефлексный

ДВ или СВ 2-V-3 на четырех транзисторах

«Радио»

1972

7

Светков В.

Приемник начинающего

ДВ, СВ на 6 транзисторах.

«В помощь радиолюбителю»

1972

40

Васильев В. (UA4HAN)

Транзисторный 3-V-3 с АРУ

На 8-ми транзисторах

«Радио»

1972

2

Строганов А.

Чувствительный приемник прямого усиления

Обеспечивается двухкаскадным УВЧ с динамической нагрузкой. ДВ, СВ на 7 транзисторах

«Радио»

1972

12

Кремерс К.

Приемник 2-V-3 на транзисторах ГТ332

Выполнен на пяти транзисторах

«Радио»

1973

11

Румянцев А.

Приемник-авторучка

ДВ, 1-V-3 на 4 транзисторах.

«В помощь радиолюбителю»

1973

43

Парфенов Н.

Миниатюрный приемник с низковольтным питанием

Рефлексный на 4 транзисторах на головные телефоны, Uпит = 1,2 В

«Радио»

1974

7

Абарихин В.

Высококачественный прием ДВ и СВ

Чувствительность ДВ — 2-5 мкВ, СВ — 20-50 мкВ. прямого усиления

«Радио»

1975

1

Воробьев С.

Радиоприемник «Мальчиш»

Из деталей радиоконструктора. ДВ рефлексный

«Радио»

1976

1

Борисов В.

2-V-3 на шести транзисторах

200 — 1500 м, 20 мВ/м

«Радио»

1977

4

Кокачев В.

Приемник на одной микросхеме

На МС К2ЖА372

«Радио»

1977

9

Ринский В.

Наручный приемник «Мишка»

На 4 транзисторах. Выход на головные телефоны.

«Радио»

1980

6

Хохлов Ю.

Высококачественный АМ тюнер

Описана достаточно сложная схема высококачественного приемника прямого усиления на транзисторах

«Радио»

1981

2

Майоров А.

Миниатюрный 3-V-3

СВ приемник на 6 транзисторах и ДЭМШ-1А ГТ309Гх2, КТ301А, КТ358Б, ГТ108Ах2

«Радио»

1981

1

Воронин П.

Миниатюрный радиоприемник

ДВ, СВ прямого усиления, К2ЖА372, МП41

«Радио»

1981

9

Комский Д.

Приемник прямого усиления

Описаны 3 схемы приемников различных авторов

«Радио»

1982

3

Нет автора

Приемник прямого усиления…

Приведены 3 схемы приемников, на К176ЛЕ5, на К140УД1Ах2, на К2УС371.

«Радио»

1982

6

Нет автора

Миниатюрный радиоприемник на микросхеме К198НТ1Б

«Радио»

1983

6

Мазуров С.

Приемник прямого усиления с полевыми транзисторами

(Дополнения в №6 1984г стр.62). КП305И. КТ316А, КП103Л, КТ315Бх2, КТ203В, КТ361Б.

«Радио»

1983

7

Степанов А.

2-V-1 на трех транзисторах

КТ315х3

«Радио»

1984

6

Пятница И.

Одноконтурный приемник прямого преобразования

На 7 транзисторах

«Радио»

1984

10

Поляков В. (RA3AAE)

Миниатюрный приемник на микросхеме К157УД2

СВ, ДВ на головные телефоны.

«В помощь радиолюбителю»

1985

91

Самелюк В.

Рефлексный трехтранзисторный

КТ301Жх3, три резистора и два конденсатора

«Радио»

1985

4

Штремер А.

Стационарный радиоприемник прямого усиления

СВ, 2-V-3 на шести транзисторах.

«В помощь радиолюбителю»

1985

88

Эсаулов Н.

Средневолновый приемник прямого усиления

9 транзисторов

«В помощь радиолюбителю»

1986

95

Поляков В. (RA3AAE)

200 приемников «Юность-105»

(Продолжение в №8 1987г стр.49). Описаны схемы приемников, присланных на конкурс, В.Горба, В.Сидоровым и А. Бесликом.

«Радио»

1987

7

Сергеев Б.

Модернизированный приемник «Юность 105»

1 премия конкурса. 11 транзисторный.

«Радио»

1987

12

Верютин В.

Приемник прямого усиления

ДВ, СВ на 6 транзисторах и К140УД6.

«В помощь радиолюбителю»

1988

100

Нечаев И. (UA3WIA)

Приемник на операционном усилителе

К140УД1А, МП42, МП37, МП40.

«В помощь радиолюбителю»

1990

108

Быков В.

Приемник прямого усиления с переменной полосой пропускания

(Дополнения в №2-3 1992г стр.72). К237УН1 и 8 транзисторов.

«Радио»

1990

2

Нечаев И. (UA3WIA)

Схемотехника «карманных» радиоприемников

Обзор приемников, присланных на конкурс по модернизации конструктора «Юность 105». Приведено 12 схем различных авторов.

«В помощь радиолюбителю»

1990

106

Маслаев В.

Миниатюрный радиоприемник

На МС К157ХА2. КТ3102, МП38, МП42

«Радио»

1991

7

Рыбаков Г.

Радиоприемник на микросхеме К174ХА10

Прямого усиления на К174ХА10

«Радио»

1991

12

Янчук И.

Малогабаритный двухклнтурный приемник прямого усиления

На КР140УД1В

«Радио»

1993

2

Васильев А.

Приемник без источника питания

На МП39Б

«Радио»

1993

11

Федоров А.

Приемник прямого усиления

Рефлексный, на КТ315х2, КТ361

«Радио»

1993

9

Поляков В. (RA3AAE)

Экономичный приемник с низковольтным питанием

ДВ, прямого усиления, Uпит=1,5 В, КТ315х4, КТ361.

«Радио»

1993

7

Александров И.

Автодинный синхронный приемник

СВ, на 7-ми транзисторах.

«Радио»

1994

3

Поляков В. (RA3AAE)

Миниатюрный радиоприемник

КФ548ХА1

«Радио»

1994

10

Нечаев И. (UA3WIA)

Радиоприемник на многофункциональной микросхеме

На К174ХА10

«Радио»

1994

7

Нечаев И. (UA3WIA)

Транзисторный громкоговорящий

На 9-ти транзисторах

«Радио»

1994

8

Поляков В. (RA3AAE)

Приемник прямого усиления

ДВ, СВ, на КТ315, КТ361 и К237ХА2

«Радио»

1995

2

Ленкавский Б.

Простые детекторные громкоговорящие…

3 схемы для помещения в абонентский громкоговоритель

«Радиоконструктор»

1995

1

Павлов С.

Радиоприемник для дачи

ДВ, СВ, прямого усиления на 8-ми транзисторах. Uпит=1,2…1,5 В. Согласующий и выходной трансформаторы. Изготовление самодельного источника питания.

«Радио»

1995

6

Нечаев И. (UA3WIA)

Тракт РЧ для приемников

300…1500 м, прямого усиления, на ГТ322Бх3

«Радио»

1995

3

Михайлов В.

Приемник 3-V-3 с питанием от радиостанции

Рефлексный, на П416х3

«Радиолюбитель»

1996

10

Бондаренко Ю.

Простой приемник

(Продолжение в РЛ №11 1996г.). На К174ХА10

«Радиолюбитель»

1996

10

Беседин В. (UA9LAQ)

Радиоприемники прямого усиления

(Продолжение в РЛ №9 1996г.). Приведено несколько схем

«Радиолюбитель»

1996

8

Андерсон И.

Рефлексный приемник с низковольтным питанием

СВ на КТ315Бх2, Uпит=1,5В, 300 часов.

«Радио»

1996

9

Мартиросян О.

Миниатюрный приемник с пьезокерамическим телефоном

КТ315Бх3

«Радио»

1997

10

Шалякин А.

Приемник с питанием от энергии поля

Описан приемник в котором питание осуществляется от более мощной радиостанции.

«Радио»

1997

12

Прокопцев Ю.

Радиоприемник — слуховой аппарат

Прямого усиления, СВ, на базе приемника В.Верютина (Р, 1987, №12 с.33)

«Радио»

1997

1

Петров В.

Радиоприемник для дачи

СВ приемник прямого усиления на 7 транзисторах. 1,5 мВ/м, 6…12 В

«Радио»

1998

6

Плюшкин Р.

Сверхэкономичный приемник

Прямого усиления, на 9 транзисторах, 2,5 В, ток покоя — 20 мкА, 120 мкВт при 50 мкА

«Радиолюбитель»

1998

2

Гильманов И.

Комбинированный радиоприемник

Прием ДВ, СВ и 2-3 трансляционную программу. На МС К174ХА10.

«Радио»

1999

4

Нечаев И. (UA3WIA)

Приемник для прогулок

Прямого усиления на МС К118УН1Б

«Радио»

1999

7

Смирных О.

Радиоприемник прямого усиления

Рефлексный на двух транзисторах КТ3107К и ГТ308В. Uпит=1,5 В

«Радио»

1999

11

Верютин В.

Громкоговорящие «детекторные» приемники

Описаны два приемника на транзисторах МП

«Радио»

2000

7

Поляков В. (RA3AAE)

Громкоговорящий приемник с мостовым усилителем и питанием «свободной энергией»

«Радио»

2001

12

Поляков В. (RA3AAE)

Приемник прямого усиления

Рефлексный на КТ315Бх2. КТ361Д.

«Радио»

2001

10

Руднев А.

Экономичный приемник прямого усиления

КТ315Ах3, КТ361Ах2, Uпит=3 В.

«Радио»

2001

8

Поляков В. (RA3AAE)

Простой регенератор КВ диапазона

На КП303А.

«Радио»

2002

8

Коваленко С.

Радиоприемник с полевыми транзисторами

(Дополнение в №4 2005г.). ДВ, СВ на КП303А, КТ3102Б, КП501А, ГТ404Г, ГТ402Г.

«Радио»

2002

7

Михеева Ж.

КВ регенератор с низковольтным питанием

2-V-2 на 4 транзисторах КТ315Б.

«Радио»

2003

7

Коваленко С.

Приемник прямого усиления

На 10 транзисторах

«Радиомир»

2003

7

Мамонов В.

Простой радиоприемник прямого усиления «2-V-2» на трех транзисторах

СВ, на головные телефоны, КТ3102х3

«Радиоконструктор»

2003

6

Иванов А.

Высококачественный приемник прямого усиления

(Продолжение в РК №2 2004г. стр.11). Двухкаскадный УРЧ по каскодной схеме, УЗЧ на К174УН14

«Радиоконструктор»

2004

1

Иванов А.

Детекторный приемник с УЗЧ

На КТ315х3

«Радио»

2004

6

Коваленко С.

КВ приемник прямого усиления

2-V-1 на КТ315Бх3

«Радиоконструктор»

2004

9

Иванов А.

Приемник без катушек индуктивности

На 4 транзисторах.

«Радио»

2004

10

Сапожников М.

Приемник прямого усиления на одной микросхеме

На К174ХА10

«Радиоконструктор»

2004

1

Иванов А.

Приемник прямого усиления с транзисторным детектором

СВ, 1-V-2, на 6 транзисторах.

«Радиоконструктор»

2004

5

Иванов А.

Радиотракт СВ приемника прямого усиления

КП303Ах2

«Радио»

2004

12

Матвеев Л.

КВ приемник прямого усиления

НаК157ХА2, К157УД1

«Радиоконструктор»

2005

5

Иванов А.

Приемник — радиоточка

Прямого усиления, Uпит=1,5 В, Iпотр=10 мА. На 13 транзисторах.

«Радио»

2005

4

Степанян Ю.

Простые радиоприемники на микросхеме MK484

Приведено описание 4 приемников: 2 прямого усиления, супергетеродина и трехпрограммного.

«Радио»

2005

6

Воронцов А.

Чувствительный приемник прямого усиления

2-V-2, СВ, на 7 транзисторах

«Радиоконструктор»

2005

4

Иванов А.

АМ-приемник на транзисторе и TDA7052

СВ

«Радиоконструктор»

2006

5

Лыжин Р.

КВ-приемник прямого усиления

С ПОС, на трех трвнзисторах

«Радиоконструктор»

2006

12

Иванов А.

Радиоприемник с полевым транзистором на входе

СВ, на КП103Ж, КТ361Гх2

«Радиоконструктор»

2006

2

Нет автора

Радиоприемник на основе индикаторной микросхемы

Прямого усиления ДВ, СВ. На AN6884

«Радиоконструктор»

2007

2

Суховеев Н.

Single Chip реализует прямое преобразование Rx

Прямое преобразование радиочастотных сигналов в основной диапазон уже давно является целью разработчиков систем связи. Такой подход позволяет отказаться от дорогостоящего и громоздкого оборудования, но за счет снижения производительности. Далее следует рассмотрение компромиссов, связанных с проектированием приемника прямого преобразования (Rx) по сравнению с традиционной архитектурой супергетеродина, а также подробности о новой подсистеме интегральной схемы (ИС) прямого преобразования Rx.

Функция обычного супергетеродина Rx (рис. 1, слева) и Rx прямого преобразования (рис. 1, справа) одинакова: преобразование и преобразование сигналов вниз по частоте, чтобы их можно было оцифровать низкочастотным ( основная полоса) аналого-цифровые преобразователи (АЦП). Как видно из сравнения двух блок-схем, система прямого преобразования выполняет эту функцию со значительно меньшим количеством компонентов.

В обычном супергетеродине Rx с одинарным или двойным преобразованием модулированный РЧ-сигнал преобразуется по частоте через одну или несколько промежуточных частот (ПЧ) перед преобразованием обратно в желаемый формат основной полосы частот.На ПЧ сигнал фильтруется и усиливается перед микшированием на более низкую частоту. В Rx с прямым преобразованием модулированный радиочастотный сигнал смешивается с гетеродином (LO) точно такой же частоты.

Очевидное сокращение количества компонентов наряду с устранением дорогостоящей фильтрации сделало прямое преобразование очень привлекательным в качестве архитектуры для функций передачи и приема. Однако только недавно стали доступны компоненты, облегчающие его практическую реализацию.

Несмотря на то, что метод прямого преобразования уменьшает количество компонентов, он также создает проблемы при проектировании. В супергетеродинном подходе (рис. 1, слева) за счет возбуждения смесителя с гетеродинным генератором с перестройкой частоты частота полезного сигнала или канала (которая обычно варьируется в многопользовательской системе) преобразуется в фиксированную частоту. После преобразования полезного сигнала в фиксированную ПЧ его можно обработать с помощью высокоселективной узкополосной фильтрации с использованием фильтра поверхностных акустических волн (ПАВ).Кроме того, все последующие преобразования частоты могут выполняться с использованием гетеродинов с фиксированной частотой.

Другой важной функцией, выполняемой на ПЧ в супергетеродинной системе, является усиление сигнала. Усиление с фиксированным коэффициентом усиления в виде малошумящих усилителей (МШУ) обычно применяется в радиочастотах, а выравнивание сигнала обычно достигается за счет использования усилителей с переменным коэффициентом усиления (УРУ). Поскольку проще разработать VGA с высоким коэффициентом усиления на более низких частотах, и поскольку многие нежелательные компоненты сигнала уже удалены из несущей к моменту его преобразования в ПЧ, усиление с переменным усилением обычно выполняется на ПЧ или основной полосе частот. частоты.Такое «распределение» усиления позволяет избежать концентрации высокого усиления на входной части Rx, что может вызвать насыщение последующих каскадов, особенно если присутствуют большие блокираторы внутриполосных или внеполосных сигналов.

Хотя привлекательность Rx с прямым преобразованием заключается в том, что в нем отсутствуют каскады ПЧ, в этом и заключается его слабость. Поскольку больше нет стадии ПЧ, на которой можно было бы удобно выполнять выравнивание и фильтрацию сигнала, все преобразование сигнала должно выполняться либо на РЧ, либо в основной полосе частот.В многоканальной системе возможности ВЧ-фильтров ограничены (они не могут быть узкополосными), в лучшем случае экранирующих внеполосные помехи. ПАВ-фильтры доступны для некоторых радиочастотных применений (примерно до 3 ГГц), но они, как правило, дороже, чем низкочастотные ПЧ-фильтры, из-за требований к более высокому коэффициенту качества (Q).

Экономически эффективным средством реализации Rx прямого преобразования является монолитное изготовление, включающее столько необходимых компонентов на одном кристалле, как AD8347 Rx IC прямого преобразования (рис.2) от Analog Devices (Норвуд, Массачусетс). Эта Rx IC может демодулировать сигналы в диапазоне от 0,8 до 2,7 ГГц. Устройство состоит из ряда подсхем, которые можно конфигурировать отдельно. ИС включает в себя все компоненты, необходимые для усиления, преобразования с понижением частоты и фильтрации в схеме демодуляции с прямым преобразованием.

Поскольку регулировка усиления в конструкции с прямым преобразованием должна быть реализована в ВЧ и/или в основной полосе частот, AD8347 использует три каскада VGA. Два каскада используются в РЧ и один в основной полосе частот после демодулятора I/Q.Три каскада VGA, которые имеют удобную линейную зависимость усиления в дБ, управляются параллельно. Каждый из двух RF VGA имеет диапазон усиления от -10 до +13 дБ. Суммарный диапазон усиления микшера и VGA основной полосы частот составляет от −10 до +14 дБм. Таким образом, общий диапазон усиления от ВЧ-входа до выхода микшера составляет от −30 до +40 дБ.

Коэффициент усиления VGA задается напряжением на выводе VGIN AD8347, который является входным портом с высоким импедансом. На рис. 3 показан график зависимости усиления от напряжения регулировки усиления, а также линейность функции регулировки усиления.Обратите внимание, что смысл напряжения управления усилением отрицательный. При увеличении напряжения управления усилением с +0,2 до +1,2 В постоянного тока усиление уменьшается с +40 до -30 дБ.

Название страницы

VGA может управляться внешним источником напряжения или схемой автоматической регулировки усиления (AGC), встроенной в устройство. Схема АРУ ​​состоит из двух детекторов среднеквадратичного значения (RMS) и усилителя ошибки. При использовании схемы АРУ два выхода смесителя подключаются к входам двух детекторов.Сигналы (токи) от детекторов сравниваются с сигналом уставки и генерируется сигнал ошибки. Цепь АРУ завершается подключением сигнала ошибки к входному контакту управления усилением Rx VGIN. При активированной схеме АРУ выходной сигнал микшера остается постоянным для уровней входного сигнала от -55 до +5 дБм. Поскольку этот выход имеет полосу пропускания 90 МГц, также возможно преобразование с понижением частоты до низкой ПЧ.

Смеситель представляет собой квадратурный демодулятор между РЧ и VGA основной полосы частот. Он производит синфазный (I) и квадратурный (Q) выходной сигнал основной полосы частот.Для достижения низкой амплитуды вектора ошибки (EVM) при цифровой демодуляции (с прямым преобразованием) требуется точное квадратурное разделение и баланс амплитуд гетеродинного сигнала. AD8347 достигает типичного фазового и амплитудного баланса 3 градуса. и 0,3 дБ соответственно от 0,8 до 2,7 ГГц.

Утечка гетеродина

в системе прямого преобразования является одной из ключевых проблем при внедрении высокочувствительного приемника прямого преобразования. В прямом преобразовании и супергетеродинных приемниках часть сигнала гетеродина будет просачиваться на вход ВЧ.Утечка гетеродина на ВЧ-вход вызовет самосмешивание, что создаст неприятную постоянную составляющую на выходе смесителя. Эта постоянная составляющая, если она достаточно велика, может привести к насыщению выходного сигнала модулирующего сигнала (на любую шину). Кроме того, поскольку утечка гетеродина обычно зависит от частоты, степень смещения постоянного тока также будет меняться в зависимости от частоты, что затрудняет простую компенсацию смещения.

В обычном Rx, даже если первое преобразование с понижением частоты создает постоянную составляющую, эта составляющая будет безвредной, поскольку она будет удалена фильтрацией ПЧ.Это аргумент в пользу использования Rx прямого преобразования для микширования сигнала до низкой ПЧ (вместо всего пути до основной полосы частот) и оцифровки этих сигналов с использованием дискретизации ПЧ. Полоса пропускания 90-МГц выхода смесителя AD8347 легко облегчает это.

AD8347 использует два метода для минимизации эффектов утечки гетеродина. Во-первых, использование активного микшера означает, что уровень гетеродина может быть установлен достаточно низким. В случае AD8347 рекомендуемый уровень составляет -8 дБм.

Устройство также содержит схему, которая активно уменьшает смещения постоянного тока, возникающие на выходе VGA основной полосы частот.Внутренне средний уровень на выходах основной полосы частот сравнивается с их номинальным уровнем смещения +1 В постоянного тока. Если между этими двумя напряжениями есть какое-либо несоответствие, средний уровень на выходе микшера медленно возвращается к +1 В постоянного тока. Время установления этой схемы коррекции уровня можно контролировать с помощью внешних конденсаторов.

Поскольку выход схемы микшера/VGA и вход оконечных усилителей модулирующего сигнала выведены отдельно, низкочастотную или полосовую фильтрацию модулирующего сигнала можно удобно выполнить до того, как сигнал попадет на конечную стадию усиления.Выход микшера/VGA и входы усилителя модулирующего сигнала смещены на один и тот же уровень опорного напряжения (+1 В постоянного тока при VREF), что делает допустимым подключение со связью по постоянному току.

На рис. 4 показана принципиальная схема 100-омного эллиптического фильтра нижних частот четвертого порядка с отсечкой 3 дБ на частоте 20 МГц. Полное сопротивление источника и нагрузки около 100 Ом гарантирует, что фильтр работает с согласованным источником и нагрузкой. Это также гарантирует, что на выходе микшера будет общая нагрузка 200 Ом. Обратите внимание, что шунтирующий согласующий резистор подключен к опорному напряжению VREF, а не к земле.

Название страницы

Усилители основной полосы частот AD8347 принимают несимметричные входные сигналы и усиливают их на 30 дБ для получения дифференциального выходного сигнала, который можно смещать независимо. Входной контакт VOCM, который устанавливает выходной уровень синфазного сигнала, может управляться внутренним источником опорного напряжения +1 В постоянного тока AD8347. В качестве альтернативы вывод VOCM может управляться внешним опорным напряжением. В общем, когда вывод VOCM управляется извне, управляющее напряжение должно поступать от АЦП, которым управляет AD8347.Дифференциальные выходы могут колебаться от +0,4 В постоянного тока над землей до +1,3 В постоянного тока от напряжения питания и имеют полосу пропускания 3 дБ 65 МГц.

На рис. 5 показана блок-схема полной цепочки сигналов Rx, которую можно использовать для демодуляции различных типов сигналов, включая сигналы квадратурной амплитудной модуляции (QAM) более высокого порядка. Оценочная система включает контур фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) ADF4112 с диапазоном от 0,2 до 3 ГГц, который легко перекрывает диапазон гетеродина AD8347 от 0,8 до 2,7 ГГц.В этой оценочной системе с ФАПЧ использовался управляемый напряжением генератор (ГУН) с частотой 1,9 ГГц, а между ФАПЧ и входом гетеродина AD8347 был вставлен симметрирующий элемент 1:1 для обеспечения дифференциального возбуждения.

Выходы I/Q AD8347, смещенные к внутреннему опорному напряжению AD8347, подключаются непосредственно к дифференциальным входам двойного АЦП AD9218. AD9218 представляет собой двойной 10-разрядный прибор с частотой дискретизации 40, 65, 80 и 105 млн отсчетов/с (в этой измерительной установке использовалась версия 105 млн отсчетов/с).Для схем модуляции более низкого порядка можно использовать AD9288, двойной 8-разрядный АЦП с версиями, доступными для скоростей 40, 60, 80 и 100 млн отсчетов/с.

Высокая скорость кодирования и широкая аналоговая полоса пропускания AD8347 также позволяют применять его в качестве выборки по промежуточной частоте. При работе гетеродина 1,9 ГГц с радиочастотными сигналами на частоте 1,93 ГГц получается (модулированный) сдвиг частоты на 30 МГц. Это смещение в 30 МГц (включая девиацию частоты модуляции) вполне укладывается в полосу пропускания 65 МГц выходных усилителей AD8347, а также в аналоговую полосу пропускания АЦП AD9218.AD9218 успешно микшировал эти 30-мегагерцовые сигналы смещения в модулирующие частоты, показывая, что комбинация AD8347/AD9218 подходит для некоторых приложений дискретизации ПЧ. Чтобы оценить AD8347 как приемник прямого преобразования, работающий со сложной модуляцией, входные РЧ-сигналы на AD8347 подавались от генератора векторных сигналов серии SMIQ от Rohde & Schwarz (Мюнхен, Германия). Прибор способен выдавать чистые РЧ-сигналы на частоте 1,9 ГГц с различными форматами модуляции, включая 16QAM и 64QAM.

AD8347 и ADF4112 могут работать при напряжении питания от +3 до +5 В постоянного тока. Для оценочной установки использовалось питание +3 В постоянного тока, соответствующее уровню питания AD9218. На оценочной плате AD8347 возможна фильтрация основной полосы перед окончательным выходным усилением (для улучшения характеристик за счет устранения внеполосного шума), но она не применялась во время этой оценки. VGA AD8347 был настроен на работу в режиме AGC. В этом режиме выходной сигнал микшера устанавливается на уровне приблизительно 24 мВ от пика до пика, что приводит к размаху дифференциального напряжения 760 мВ на выходе усилителя основной полосы частот.В дополнение к низкочастотной фильтрации модулирующего сигнала отношение сигнал/шум (SNR) демодулированного сигнала может быть улучшено за счет увеличения выходных уровней смесителя за пределы этого номинального уровня размаха 24 мВ. 1

Стандартная печатная плата ФАПЧ ADF4112 поставляется с внешним ГУН с частотой 800 МГц. Для этой оценки AD8347 ГУН модуля ФАПЧ с частотой 800 МГц был заменен на ГУН с частотой 1,9 ГГц. Настройка выходной частоты AD4112 легко выполнялась через параллельный порт с помощью программного пакета, поставляемого с PLL компанией Analog Devices.На печатной плате модуля ФАПЧ также имеется встроенный источник опорного кварцевого генератора с частотой 10 МГц, который был зашунтирован для обеспечения синхронизации с внешним ВЧ-источником (генератором векторных сигналов серии SMIQ).

Перед проведением измерений оценочная плата АЦП AD9218 потребовала некоторых модификаций, чтобы обеспечить стандартную синхронизацию и соответствовать ограниченным возможностям привода источника синхронизации. Битовая синхронизация от генератора векторных сигналов серии SMIQ обеспечивала необходимую синхронизацию кодирования для AD9218.Для скорости передачи данных 2 Мсимв/с это соответствовало тактовой частоте 8 МГц для 16QAM. Согласующие резисторы аналогового входа 50 Ом на печатной плате были переключены на согласование 1 кОм, чтобы приспособиться к ограниченным возможностям управления выходными усилителями основной полосы частот AD8347. Это привело к размаху сигнала примерно 400 мВ на АЦП (полный входной диапазон которого составляет 500 мВ). Чтобы свести к минимуму влияние линии передачи, это означало, что кабели между платами должны быть как можно короче. Оценочная установка поддерживала отображение созвездий 16QAM и 64QAM путем реконструкции выходных сигналов АЦП с использованием ЦАП AD9763 и отображения выходных сигналов I и Q на осциллографе в режиме X-Y (рис.6).

Имея входной диапазон от 0,8 до 2,7 ГГц, AD8347 подходит для широкого круга рынков. Приложения включают в себя радиостанции «точка-точка» и «точка-многоточка», системы встроенного тестового оборудования (BITE) в базовых станциях сотовой связи и вспомогательные системы Rx в линейных усилителях высокой мощности (HPA). Для систем, работающих за пределами 2,7 ГГц, его также можно использовать в качестве преобразователя ПЧ в модулирующую полосу частот.

ССЫЛКИ

  1. AD8347 Модулятор прямого преобразования 0,8–2,7 ГГц, Analog Devices, Норвуд, Массачусетс, 2001 г., стр. 15–16.

Приемник прямого преобразования — исследуйте науку и экспертов

wcdma
Прямой Преобразование Приемник Сравнение внешнего интерфейса в RF CMOS и sige bicmos

IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 2005

Соавторы: Брайан Флойд, Скотт К.Рейнольдс, Томас Цвик, Лунал Хуон, Т. Беукема, Ульрих Р. Пфайффер

Абстрактный:

Широкополосный множественный доступ с кодовым разделением Прямой Преобразование Приемник интерфейсы были реализованы в обоих 0.Технологии RF-CMOS и SiGe BiCMOS, 25 мкм/м2. Эти схемы были разработаны для одного и того же приложения, радиоархитектуры и системных спецификаций, что позволяет проводить соответствующие сравнения. Входные каскады включают обходной малошумящий усилитель, квадратурный преобразователь с понижением частоты, усилители основной полосы частот с переменным коэффициентом усиления и делитель частоты гетеродина с выходными буферами. При общем потреблении тока 24,5 мА от источника питания 2,7–3,3 В входной каскад КМОП имеет коэффициент шума 5,3 дБ, внутриполосную точку пересечения третьего порядка (IIP3) и точку пересечения второго порядка (IIP2) -14 и +20.7 дБм соответственно, а внеполосные IIP3 и IIP2 >+1,2 и +69 дБм соответственно. По сравнению с входным каскадом SiGe, потребляющим 22 мА, КМОП-схема имеет на 2 дБ более высокий коэффициент шума, сравнимую внеполосную линейность, на 3 дБ более высокий внутриполосный IIP3, на 12 дБ более низкий внутриполосный IIP2 и На 7 дБ выше утечка сигнала LO-RF.

Решение задачи прямого преобразования

//php echo do_shortcode(‘[Responsevoice_button voice=»US English Male» buttontext=»Listen to Post»]’) ?>

В течение многих лет анализировалась архитектура радиосвязи с прямым преобразованием, и несколько успешных реализаций, предназначенных для систем с низкой производительностью, были запущены в производство.Используя комбинацию аналоговой технологии и технологии смешанных сигналов, новые приемы сделали прямое преобразование жизнеспособным решением проблем с высокопроизводительной радиосвязью.

Архитектуры приемников

Примерно за 100 лет разработки радиоприемников было опробовано множество архитектур. Ранние приемники были ненастроенными и страдали от проблем, когда в этом районе передавали более одной станции. С введением каскадов усиления на электронных лампах селективность может быть введена в несколько каскадов, что улучшит способность приемника различать несколько соседних сигналов.

Регенеративные и сверхрегенеративные приемники пользовались популярностью недолго, но изобретение майором Эдвином Х. Армстронгом в 1917 году супергетеродинного приемника навсегда изменило способ проектирования приемников.

Рис. 1. Базовый супергетеродинный приемник


Подход Армстронга был прост — поскольку было непрактично создавать приемник с широкополосным усилителем и настраиваемым фильтром высокой избирательности, он решил переместить интересующий сигнал в частотной области на «промежуточную частоту» или ПЧ.Каскад ПЧ приемника включал узкополосный фильтр с центром на этой фиксированной частоте и достаточное усиление, которое также можно было оптимизировать для этой частоты. Для процесса преобразования частоты, называемого «микширование», требовался настраиваемый гетеродин (впоследствии известный как гетеродин) и какое-то устройство, которое создавало бы выходные сигналы как сумму и разность входного ВЧ сигнала и гетеродина.

Супергетеродинный приемник развивался на протяжении десятилетий по мере того, как новые технологии становились доступными для активных и пассивных устройств.Блоки усиления эволюционировали от электронных ламп до транзисторов, а затем и до интегрированных транзисторов. Устройства фильтрации эволюционировали от LC-сетей до кварцевых кристаллов, керамических резонаторов, механических дисков и устройств на поверхностных акустических волнах (ПАВ), многие из которых используются до сих пор. Постоянно меняющийся мир доступных устройств давал радиоинженерам возможность жонглировать множеством переменных, и эти инженеры буквально сделали карьеру, оптимизируя компромиссы при проектировании супергетеродинных приемников.

Например, недорогой приемник может использовать только одну ПЧ (например, 455 кГц в АМ-вещательных приемниках или 10.7 МГц в FM-приемниках). Приемник для систем с более высокими характеристиками может распределять усиление по нескольким различным ПЧ с достаточной избирательностью в каждом каскаде для предотвращения искажений и возникающих в результате нежелательных паразитных сигналов. Например, высокопроизводительный приемник ВЧ-связи может использовать до четырех ПЧ; 70 МГц, 8,8 МГц, 455 кГц и 100 кГц.

Математически и спектрально супергетеродинный приемник кажется довольно простым и гениальным. Смеситель, рассматриваемый в данном упражнении как умножитель, принимает входные сигналы на частотах FRF и FLO и выдает выходные сигналы на частотах суммы и разности (FRF-FLO) и (FRF+FLO).Эти частоты обычно довольно далеко друг от друга в частотной области, и нежелательный сигнал легко удаляется с помощью простого фильтра. Поскольку FLO изменяется, различные сигналы в диапазоне RF преобразуются в FIF и там фильтруются и/или демодулируются. Рассмотрим случай, показанный ниже, с сигналом около 900 МГц и настраиваемым гетеродином около 800 МГц.


Рис. 2. Спектральное представление супергетеродинного приемника


Однако при ближайшем рассмотрении обнаруживается проблема.Похоже, что есть другая частота ВЧ, которая может создать сигнал на FIF на выходе смесителя.

Рассмотрим уравнение:

FIF1 = FRF1-FLO

Переставляя члены, мы находим, что FRF1 = FLO + FIF1, чего мы и ожидали. Однако рассмотрим FRF2, равный (FLO – FIF), и найдите выход смесителя для того же гетеродина.

= FRF2 – FLO
= (FLO – FIF) – FLO
= -FIF ,

что, если пренебречь инверсией знака, является той же частотой ПЧ, что и частота, создаваемая FRF1.На рисунке 3 мы можем видеть, что происходит, когда сигналы с частотой 700 МГц (треугольник) и 900 МГц (трапеция) попадают на вход микшера, гетеродин которого работает на частоте 800 МГц. Оба сигнала преобразуются в ПЧ 100 МГц, и никакая фильтрация не может их разделить.


Рис. 3. Проблема «изображения» в приемниках Superhet


Это означает, что сигнал, присутствующий на входе смесителя, отделенный от полезного сигнала на удвоенную частоту ПЧ, будет неотличим от полезного сигнала, когда он попадет на ПЧ.Любой сигнал на этой «образной» частоте должен быть удален путем фильтрации перед входом смесителя, иначе он создаст неразрешимую помеху в полосе пропускания ПЧ. Для решения этой проблемы были разработаны методы — специальные микшеры, известные как микшеры с подавлением изображения или однополосные микшеры, могут значительно уменьшить проблему, но они требуют дублирования большей части схемы микшера и потребляют больше энергии, чем обычный микшер.

Демодуляция в большинстве современных беспроводных систем выполняется путем разложения сигнала на I/Q (синфазную и квадратурную) составляющие.Эти I/Q-сигналы обычно преобразуются из аналоговых в цифровые, а цифровая обработка сигналов используется для извлечения модуляции (и коррекции несовершенства канала, многолучевого распространения, замирания и т. д.). I/Q-демодуляция выполняется на ПЧ-сигнале в современном супергетеродинном приемнике, при этом демодулирующий гетеродин обычно работает на фиксированной частоте.


Рис. 4. Каскад демодулятора I/Q


Однако интересный эффект возникает, когда демодулирующий гетеродин делается равным частоте входящего ВЧ-сигнала (вместо ПЧ-сигнала).Если FLO=FRF, то выходы микшера имеют (FLO+FRF) или удвоенную частоту сигнала; и (FLO-FRF), который является постоянным током. На практике чистый тон на частоте частот не очень интересен, так как не несет никакой модуляции. Модулированный сигнал создает полосу сигнала с центром в FRF, и смешивание ее с локальным генератором в FRF перемещает боковые полосы модуляции в спектр с центром на постоянном токе. Квадратурный гетеродин непосредственно разлагает входящий РЧ-сигнал на I- и Q-компоненты. Помехи в соседних каналах также преобразуются в основную полосу частот и фильтруются с помощью фильтров нижних частот, а не полосовых фильтров ПЧ, используемых в супергетеродинных приемниках.Это интригующий результат, который позволяет заменить SAW, керамические или другие пассивные устройства, используемые для фильтрации ПЧ, фильтрами, которые можно интегрировать в микросхему. Эти фильтры могут быть аналоговыми, цифровыми или комбинированными.

Прямое преобразование также означает, что гетеродин, необходимый в супергетеродине для преобразования частоты из ВЧ в ПЧ, исчезает (а вместе с ним исчезают сопутствующие пассивные компоненты и сопровождающее их пространство на плате).

Концепция прямого преобразования настолько привлекательна, что на протяжении многих лет предпринимались многочисленные попытки использовать этот метод.Однако многие из них потерпели неудачу из-за проблем второго порядка, которые могут вывести из строя приемник прямого преобразования. Эти проблемы в основном связаны с утечкой сигнала на печатной плате.

Во-первых, излучение LO может стать помехой. Рассмотрим систему сотовой связи, в которой телефоны прослушивают сигналы базовой станции. Поскольку гетеродин работает на той же частоте, что и сигнал передатчика базовой станции, любая утечка из порта антенны неотличима от реального сигнала, передаваемого другими приемниками, находящимися поблизости.Большинство сотовых систем включают испытания в процессе утверждения оборудования на наличие побочных излучений в полосе приема. Эта утечка является сложной проблемой для решения на более высоких частотах (диапазон ГГц), поскольку даже короткая дорожка межсоединения на печатной плате может быть достаточно эффективной «антенной». Обильное экранирование является одним из решений, но может увеличить стоимость и вес портативного продукта и является чем-то вроде подхода грубой силы.

Вторая проблема вызвана утечкой из ВЧ-порта в ГУН гетеродина.Если представить осциллятор как усилитель с большим коэффициентом усиления на одной частоте, любой внешний сигнал, подаваемый на этот усилитель/генератор, может нарушить фазу ГУН, что может вызвать серьезные проблемы в системе с фазовой модуляцией. Если фаза гетеродина изменяется, это вызывает явные фазовые сдвиги в принимаемом сигнале и ухудшает точность демодуляции. Кроме того, близлежащие источники помех с сильным сигналом в полосе приема могут просачиваться достаточно, чтобы вывести гетеродинный ГУН за пределы частоты, что еще больше ухудшит характеристики приемника.


Рис. 5. Проблемы утечки в приемниках прямого преобразования


Очевидное решение состоит в том, чтобы каким-то образом уменьшить чувствительность ГУН гетеродина к утечке из антенны и каким-то образом предотвратить излучение ГУН гетеродина в полосе приема. Для уменьшения этой проблемы было использовано несколько приемов. Одна из идей состоит в том, чтобы управлять ГУН в синтезаторе на частоте, кратной или доле необходимой частоты гетеродина, а затем выполнять либо деление, либо умножение для получения фактического гетеродина.Это практично в некоторых системах, но может быть проблемой, если требуемый гетеродин относительно высок, а подходящий двухчастотный ГУН с подходящим фазовым шумом слишком дорог или потребляет слишком много энергии. Также может возникнуть проблема, если процесс удвоения частоты VCO потребляет слишком много энергии. В любом случае доступная «антенна», передающая гетеродинный сигнал на частоте, находится на кристалле и гораздо менее эффективно излучает его.


Рис. 6. Методы генерации гетеродина с использованием ГУН на половинной или двойной частоте гетеродина


Другой подход заключается в создании настраиваемого гетеродина путем смешивания настраиваемого ГУН с генератором с фиксированным смещением.Это похоже на метод использования генератора половинной или двойной частоты, но компромисс по мощности может быть более выгодным. Однако для этого требуется второй осциллятор, который влечет за собой снижение площади платы и количества компонентов.


Рис. 7. Генерация гетеродина с использованием смещения VCO


Хотя этот метод имеет то преимущество, что ни один ГУН не работает вблизи частоты радиочастотного сигнала, беглый взгляд на рисунок показывает, что он очень похож на супергетеродин с точки зрения количества компонентов и сложности.


Рис. 8. Базовый регенеративный делитель


Интересная особенность этого метода заключается в использовании регенеративного деления для получения желаемого гетеродина из генератора, работающего на другой частоте, без второго ГУН. Этот метод, впервые опубликованный в 1939 году (!), использует часть сигнала с выхода микшера в качестве входа гетеродина того же микшера. В исходной версии энергия на половине входной частоты подается обратно на вход гетеродина микшера, производя выходы на ½ Fin и 3/2 Fin, и можно легко выбрать желаемый сигнал.


Рис. 9. Регенеративный делитель для гетеродина на частоте 4/3 VCO


В варианте этого подхода, используемом в многодиапазонной радиостанции GSM с прямым преобразованием, используется схема деления на четыре, создающая сигналы на 2/3 и 4/3 входной частоты. Тщательно подобранная перестраиваемая частота ГУН (в данном случае примерно 1350–1450 МГц) дает выходные сигналы в диапазонах GSM 900 и 1800/1900 МГц, которые можно использовать для гетеродина прямого преобразования. Дальнейшее усовершенствование подхода, показанное ниже, обеспечивает версии гетеродина I и Q для прямого преобразования в основную полосу частот I/Q.


Рис. 10. Полная схема генерации гетеродина для приемной системы прямого преобразования GSM/DCS/PCS


Смещение постоянного тока в системах прямого преобразования

Смещение постоянного тока в приемнике прямого преобразования может быть либо незначительной проблемой, либо серьезной проблемой, в зависимости от системных требований. Проблемы с постоянным током возникают в нескольких местах. Очевидно, что каждый раз, когда входной сигнал находится в центре канала и находится в фазе с гетеродином, возникает постоянная составляющая, поскольку умножение двух синусоид в процессе микширования дает постоянную составляющую.Если фаза сигнала изменяется, постоянная составляющая также будет изменяться. В некоторых типах модуляции сигнал фактически никогда не находится в центре канала — например, модуляция FSK использует одну частоту (на одной стороне канала) для нуля, а другую частоту — на другой стороне канала. за один. Поведение приемника в середине канала не имеет значения, и можно применить связь по переменному току, чтобы заблокировать смещение по постоянному току. Однако в более сложных схемах модуляции часто имеется полезная информация на постоянном токе или около него (или в среднем канале), а связь по переменному току невозможна.


Таблица 1. Методы удаления смещения постоянного тока


В некоторых системах удаление смещения постоянного тока усложняется еще больше. В GSM, например, сигнал представляет собой TDMA и содержит энергию на относительно низких частотах. Необходимость быстрого времени установления и отклика на близкий постоянный ток во время обучающей последовательности мидамбулы исключает использование связи по переменному току. Кроме того, поскольку GSM предназначена для использования в мобильной среде и может включать в себя изменения частоты от пакета к пакету, смещение постоянной составляющей динамически изменяется от пакета к пакету.

Другая проблема со смещением возникает из-за того, что почти все усиление в системе берется в основной полосе частот. Это означает, что любые смещения постоянного тока в любом каскаде усилителя модулирующего сигнала будут усиливаться и могут ухудшить динамический диапазон каскада демодулятора после усиления. В каскадах усилителя модулирующего сигнала следует использовать тщательные прецизионные методы аналогового проектирования, чтобы сделать эти смещения как можно меньшими. Любые оставшиеся смещения могут быть удалены статической подстройкой в ​​аналоговой области с использованием, например, ЦАП для удаления фиксированных смещений.

Последние несколько дБ уменьшения смещения выполняются в программном обеспечении, где алгоритм отслеживает обучающую последовательность в пакете и корректирует смещение по постоянному току в каждом пакете. Полученное в результате улучшение динамического диапазона делает прямое преобразование пригодным для использования в высокопроизводительных системах, таких как GSM.

В других системах можно использовать связь по переменному току и по-прежнему адекватно реагировать на переходные процессы при включении питания, переключении усиления и т. д. Например, системы с расширенным спектром прямой последовательности, такие как сигнал WCDMA 4 МГц, используемый для 3-го — Системы сотовой связи поколения могут допустить некоторую потерю информации в сигнале.Обычно можно установить частоту среза верхних частот в диапазоне нескольких килогерц без заметного влияния на частоту системных битовых ошибок.

Прямое преобразование и передатчики

Передатчики прямого преобразования используются во многих системах. Проблема с передачей с прямым преобразованием возникает, когда передаваемый сигнал большой мощности просачивается обратно на канальный ГУН, нарушая фазовую целостность. В системах FSK принято модулировать получастотный передаваемый ГУН напрямую и удваивать несущую частоту.




Для более сложных систем модуляции использовалось несколько подходов. Простые супергетероидные передающие цепи с разомкнутым контуром, в которых ПЧ квадратурно модулируется, а затем преобразуется с повышением частоты до несущей частоты, являются обычным явлением, но требуют фильтрации для удаления внеполосных шумовых компонентов. Стоимость и размер этой фильтрации нежелательны в портативном приложении.

Вариант этого подхода использует PLL с фиксированным смещением в дополнение к перестраиваемому генератору, а I/Q-модуляция применяется непосредственно к результирующей несущей частоте.При таком подходе любая утечка передаваемого сигнала обратно в ГУН относительно безвредна, поскольку ГУН смещен от несущей частоты и нечувствителен к проблемам с инжекцией.


Рис. 12. Модуляция с обратной связью и ФАПЧ со смещением


Подход, аналогичный подходу ФАПЧ со смещением, использует архитектуру с обратной связью, в которой передаваемый сигнал (предполагается, что он представляет собой фазомодулированный сигнал с постоянной огибающей) генерируется ГУН, управляемым замкнутой петлей.На рисунке 12 I/Q-модуляция генерируется на фиксированной частоте ПЧ, установленной LO2. Этот точный сигнал смешивается с преобразованной с понижением частоты (с помощью настраиваемого гетеродина 2) выходного ВЧ сигнала, создавая (после фильтрации нижних частот) сигнал ошибки, который переводит окончательный ГУН на правильную частоту и фазу.

Любые несовершенства, вызванные утечкой или другими механизмами, поглощаются работой контура, и результирующий передаваемый сигнал является очень чистой копией сигнала ПЧ. Этот передатчик более надежен, чем супергетеродин с разомкнутым контуром, и снижает требования к фильтрации.Тем не менее, для этого по-прежнему требуется два гетеродина, что приводит к ухудшению площади платы и стоимости схемы.


Рис. 13. Архитектура передатчика с обратной связью «Виртуальная ПЧ»


Третья архитектура передатчика называется «Виртуальная ПЧ». Этот подход используется в недавно представленном наборе микросхем приемопередатчика GSM. Здесь I/Q-модуляция основной полосы частот применяется к квадратурному смесителю, генерирующему желаемый сигнал GMSK. Однако частота промежуточной частоты не генерируется PLL или отдельным генератором.Вместо этого «виртуальная промежуточная частота» генерируется петлей, начинающейся с настраиваемого синтезатора, скажем, на частоте 1350 МГц, и смешивается с выходным сигналом мощного ГУН, работающего на желаемой несущей 900 МГц. Выходной сигнал микшера на частоте примерно 450 МГц разделяется на квадратурные составляющие для модулятора I/Q. Выход модулятора делится на два, в результате чего получается сигнал 225 МГц.

Этот сигнал подается на фазово-частотный детектор, где он сравнивается с выходным сигналом перестраиваемой системы ФАПЧ, деленным на 6.Выходной сигнал PFD с фильтром нижних частот переводит ГУН на правильную частоту и фазу, где затем он может быть усилен до необходимого выходного уровня. Когда настраиваемый ГУН перемещается на новый канал, модулируемая частота ПЧ изменяется. Гоняясь по петле в этой схеме, находим, что

FIF=FRF-FSYNTH от микшера с обратной связью и

FIF/2 = FSYNTH/6 ; или FIF=FSYNTH/3

Поскольку PFD будет управлять RF VCO с частотой и фазой, которые заставляют его входы быть равными:

FRF-FSYNTH = FSYNTH/3, что приводит к

FRF = 4/3 FSYNTH

Это означает, что передаваемый РЧ-сигнал находится на частоте, которая на 33 % отличается от ГУН основного перестраиваемого синтезатора, что достаточно для снижения эффекта утечки до приемлемого уровня.Это достигается без использования второго синтезатора.

Кроме того, этот метод не требует фильтрации IF SAW, а результирующая модуляция является достаточно чистой, поэтому не требуется дуплексный фильтр для уменьшения излучений в полосе приема. Методы, описанные в этой статье, были использованы в многодиапазонном наборе микросхем GSM-радио, предназначенном для портативных приложений. Приемник прямого преобразования подходит для всех схем модуляции GSM, а передатчик подходит для всех схем модуляции с постоянной огибающей, используемых в GSM.

Благодарности

Джон Стрэндж и сотрудники Центра дизайна Analog Devices Kent (Великобритания) внесли значительный вклад в подготовку этого документа.

Недорогой приемник пейджера, использующий AFC и встроенную фильтрацию.

Страница/ссылка:

URL-адрес страницы: HTML-ссылка: От EDN Europe: Приемники с прямым преобразованием борются за превосходство в дизайне GSM
КРАТКИЙ ОБЗОР
  • Разработчики мобильных телефонов постоянно нуждаются в миниатюризации и снижении затрат.

  • Услуги передачи данных, такие как GPRS и EDGE, нагружают цепь приемника телефона.

  • Superhets по-прежнему очень конкурентоспособны, несмотря на внешние фильтры.

  • Приемники прямого преобразования сложны в проектировании, но они становятся все более распространенными.

  • Все конструкции приемников сопряжены со значительными компромиссами.

Боковые панели:
Данные улучшают характеристики GSM-приемника

Стремительный рост мобильной телефонии, по-видимому, продолжится, поскольку отраслевые источники предсказывают четырехкратное увеличение числа пользователей к 2010 году. Подпитывая этот рост, базовые коммуникационные инфраструктуры эволюционируют от систем голосовой связи к системам, ориентированным на данные, для поддержки новых услуг, таких как мобильный доступ в Интернет.Первоначально разработанная как услуга голосовой связи, GSM (глобальная система мобильной связи) на сегодняшний день является самой успешной технологией сотовой связи в мире и продолжает быстро расширяться: к концу следующего года ожидается 450 миллионов пользователей по всему миру. Сегодня GSM развивается для обслуживания услуг передачи данных путем адаптации к коммутации пакетов с помощью таких технологий, как GPRS (общая пакетная радиослужба) и EDGE (расширенные данные для среды GSM). Такие усовершенствования «второго с половиной поколения» также прокладывают путь к системам третьего поколения (3G), специально разработанным для обработки данных, что делает мобильный терминал данных реальностью потребительского уровня (ссылка 1).

В условиях такой жесткой конкуренции за доходы потребителей поставщики услуг обычно покрывают затраты на производство мобильных телефонов в расчете на будущий поток доходов. Соответственно, разработчики мобильных телефонов должны сбалансировать требования поставщиков услуг по абсолютно низкой цене с ожиданиями потребителей. Потребителям, как правило, все равно, как он работает, пока он работает, но они привыкли к тому, что их телефоны становятся меньше, легче и дольше работают без подзарядки аккумулятора. Между тем, услуги, ориентированные на данные, требуют все большей вычислительной мощности, что увеличивает срок службы батареи.На этом фоне разработчики мобильных телефонов вынуждены постоянно переоценивать ключевые элементы своих схем, а также поставлять продукты на рынок в сжатые сроки.

Перенос акцента с передачи голоса на передачу данных особенно нагружает цепочку приема мобильных устройств. Передача затрагивается в меньшей степени, потому что обмен данными обычно асимметричен с более высокими скоростями приема, чем передачи. Асимметричный обмен данными типичен для модели Интернета, поскольку вы скорее потребляете данные, чем создаете их.Кроме того, передавать гораздо труднее, чем принимать, особенно в рамках бюджетной мощности мобильного телефона, поэтому асимметричная модель снова побеждает. На стороне приемника для приема данных требуются более быстрые схемы основной полосы частот для выполнения задач декодирования, но стандартные субмикронные КМОП-процессы легко удовлетворяют этому требованию. Но радиоприемник представляет собой сверхвысокочастотную (УВЧ) линейную схему, которую трудно приспособить за исключением экзотических процессов, таких как BiCMOS, арсенид галлия (GaAs) или кремний-германий (SiGe). Массовая CMOS все еще имеет проблемы на 2 ГГц даже в 0.Технологии 18 мкм, в основном из-за шума и связи с подложкой. Эти проблемы в настоящее время не позволяют воплотить в жизнь мечту разработчиков мобильных телефонов о телефоне с одним чипом. Но становятся доступными однокристальные приемопередатчики, в которых используются различные архитектуры приемников и технологические процессы, в результате чего количество основных элементов телефонов сокращается до двух интегральных схем.

Суперхиты все еще популярны 80 лет спустя

Разработка приемника для GSM — сложная задача (см. врезку «Данные улучшают характеристики приемника GSM»).Классическая конструкция радиоприемника представляет собой супергетеродинную (супергетеродинную) архитектуру, разработанную офицером Корпуса связи США Эдвином Армстронгом в 1918 году. плохая избирательность приемника. До суперсетей приемники следовали модели настроенного RF (TRF). Приемник TRF включает в себя параллельно настроенную схему индуктивности/конденсатора, которая выбирает частоту вещания, за которой следуют диод и демодулятор конденсатора/резистора для восстановления содержания амплитудно-модулированного (АМ) сигнала.Но когда несколько передач занимают одни и те же части спектра, избирательность недостаточна для подавления соседних станций. Кроме того, усиление схемы TRF изменяется в зависимости от частоты, которую она пытается получить, из-за изменений импеданса при настройке сети LC. При изменении усиления селективность может стать настолько низкой, что соседние каналы заглушат сигнал, который вы пытаетесь восстановить.

Супергетеродинный приемник преобразует компоненты передаваемого сигнала для генерации нового сигнала на фиксированной промежуточной частоте (ПЧ).Сдвиг всех входящих РЧ-сигналов к одному значению ПЧ позволяет оптимизировать отклики каскада приемника в заданной полосе пропускания, поэтому усиление и избирательность становятся независимыми от частоты вещания. Чтобы проиллюстрировать, как работала его супергетеродинная конструкция, Армстронг привел пример преобразования с понижением частоты сигнала 1 МГц в ПЧ 100 кГц с помощью микшера. Смеситель «гетеродинирует» частоту гетеродина частотой 1,1 МГц с входящим сигналом частотой 1 МГц для формирования составляющих суммарной и разностной частот, выходная разностная частота составляет 100 кГц (рис. 1).Но супергетеростаты не лишены проблем, и выбор плана ПЧ — это компромисс, который обычно ставит перед инженерами ВЧ задачи. Основная проблема дизайна связана с отказом от изображения. Гармоники частоты гетеродина объединяются, чтобы сформировать «изображения» по обе стороны от полезного сигнала, создавая помехи. Называемая характеристикой входной точки пересечения второго порядка (IIP2), вторая гармоника доминирует, но третья гармоника также вызывает проблемы. Обычный микшер не может отфильтровать эти изображения, поэтому стандартное решение фильтрует частоты изображения на каскаде ВЧ-усилителя.Тогда желательно иметь высокое значение ПЧ, чтобы увеличить разделение между изображениями и полезными сигналами, чтобы упростить фильтрацию. Но выбор очень высокой первой ПЧ увеличивает бюджет мощности и усложняет конструкцию фильтра на частотах мобильных телефонов, которые уже приближаются к микроволнам, поэтому всегда необходим некоторый компромисс.

Супергетеродинный подход Armstrong настолько элегантен, что в той или иной форме используется сегодня практически в каждом приемнике. Способность приемника подавлять соседние каналы в первую очередь зависит от частотной характеристики и коэффициента усиления усилителя ПЧ.Супергетероиды с множественным преобразованием облегчают отклик фильтра, разделяя преобразование с понижением частоты из ВЧ в полосу модулирующих частот на два или более этапа (рис. 2). Разделение коэффициента усиления по напряжению между несколькими каскадами также повышает стабильность схемы. В типичном современном приемнике с двойным преобразованием первый ВЧ-фильтр является полосовым фильтром для нужного диапазона частот. Малошумящий усилитель (МШУ) обеспечивает усиление по ВЧ-напряжению. Первый гетеродин (синтезатор с цифровым управлением) обеспечивает более точную настройку, помещая полезный сигнал в центр полосы пропускания ПЧ, потенциально окруженный соседними каналами.И МШУ, и первый смеситель (линейный умножитель) должны быть очень линейными, чтобы избежать интермодуляционных искажений из-за множества входящих сигналов, которые разделены или близки к ПЧ. МШУ также должен управлять фильтром с входным сопротивлением 50 Ом, что может ухудшить шумовые характеристики МШУ. Фильтр перед первым смесителем ослабляет нежелательные изображения, а оптимальные характеристики достигаются за счет балансировки избирательности фильтра и частоты первого гетеродина. Первый фильтр ПЧ обычно представляет собой ПАВ или керамическое устройство, которое обеспечивает наибольшую избирательность и подавляет сигналы соседних каналов.Второй этап преобразования частоты сдвигает сигнал вниз до подходящей частоты (обычно с центром на постоянном токе) и обеспечивает дополнительную фильтрацию перед тем, как демодуляция восстановит информацию о сигнале.

Superhets по праву пользуются популярностью в приложениях GSM, и продолжают появляться новые конструкции, такие как LMX3411 от National Semiconductor. LMX3411 — это трехдиапазонная микросхема приемопередатчика для использования во всем мире. Часть приемника представляет собой конструкцию с двойным преобразованием, для которой требуется три набора полосовых фильтров на входе для работы в трех диапазонах.Но, как объясняет Уильям Киз, менеджер по приложениям в National, разработать частотный план, который использует один синтезатор для всех трех диапазонов, гораздо сложнее: «Все дело в фильтрации, и вы все еще не можете превзойти ПАВ-фильтр по качеству. Но вы также хотите использовать обычную SAW для IF, чтобы соответствовать ограничениям по стоимости и пространству». Один из подходов заключается в выборе ПЧ, которая поддерживает микширование нижних частот для GSM-1800 и микширования верхних частот для GSM-1900, с делителем частоты, соответствующим GSM-900. Такой подход сводит к минимуму диапазон настройки синтезатора, но приводит к частоте ПЧ от 50 до 100 МГц.При полосе частот 75 МГц для GSM-1800 изображение второй гармоники находится в пределах полосы приема для некоторых частот приема. Другой подход заключается в использовании промежуточной частоты, находящейся посередине между GSM-900 и GSM-1800/1900, в результате чего получается промежуточная частота около 440 МГц. Здесь внешний интерфейс должен обеспечивать очень высокую изоляцию между диапазонами GSM-900 и GSM1800/1900. Если сигнал в диапазоне GSM-1800 на частоте изображения поступает на микшер и соединяется с трактом GSM-900, нежелательный сигнал преобразуется в полезный сигнал и, скорее всего, доминирует над ним.Кроме того, фильтры на ПАВ выше примерно 300 МГц традиционно имеют плохой температурный коэффициент, что ограничивает селективность, хотя последние достижения решают эту проблему.

National выбрал ПЧ около 250 МГц как лучший компромисс между избирательностью фильтра и диапазоном настройки синтезатора. Чтобы обеспечить точный фазовый сдвиг и избежать рассогласования синфазных/квадратурных (I/Q), синтезатор работает с удвоенной ПЧ с делением на два, управляющим микшером. Диапазон синтезатора составляет от 2050 до 2250 МГц, что обеспечивает микширование верхних частот для GSM1800/1900 и микширование нижних частот для GSM-900 по схеме деления на три.Для обеспечения достаточной развязки между диапазонами LMX3411 использует два микшера, по одному для GSM-900 и GSM1800/1900. Каждый смеситель представляет собой обычный смеситель с ячейками Гилберта, за которым следует мультиплексор, разделяющий один и тот же путь к ПАВ-фильтру ПЧ. Для второго преобразования частоты можно выбрать другую низкую ПЧ и затем выборку или перейти непосредственно к основной полосе частот, как это делает LMX3411. Преимущества прямого преобразования в полосу модулирующих частот включают возможность использования более дешевого фильтра IF SAW из-за дополнительной фильтрации в полосе модулирующих частот перед основными блоками усиления.Усиление и фильтрация проще на частотах основной полосы частот, и вам нужна более низкая частота дискретизации для АЦП процессора основной полосы частот. Кроме того, выходы I/Q основной полосы частот совместимы с существующими ИС основной полосы частот, поэтому вам не нужен специальный интерфейс дискретизации ПЧ. Киз заключает: «Основным недостатком прямого преобразования в основную полосу является обработка смещения постоянного тока с помощью схем компенсации. С подходом с низкой ПЧ вы можете использовать связь по переменному току». Созданный по технологии BiCMOS 0,5 мкм, LMX3411 уже доступен по цене 19 долларов.60 в количестве 1к.

Atmel — еще одна компания, которая недавно анонсировала трехдиапазонную микросхему приемопередатчика. T0701 компании предназначен для поддержки GPRS, а также EDGE на пути приема. Построенный по биполярному процессу, T0701 использует центральную частоту ПЧ 378 МГц, что требует диапазона настройки внешнего синтезатора около 8,5%. Устройство использует трехпроводную последовательную шину для управления и выводит стандартные модулирующие сигналы I/Q.

Zero IF убивает изображения

Несмотря на то, что супергетероид обеспечивает превосходную селективность и стабильность, внешние фильтрующие ступени плохо подходят для интеграции.Приемники с прямым преобразованием, также известные как гомодинные приемники и приемники с нулевой ПЧ, смешивают входящий РЧ-сигнал с идентичной частотой гетеродина в паре I/Q-смесителей для создания сложного модулирующего сигнала (рис. 3). Фильтры нижних частот ПЧ формируют сигнал основной полосы частот, который теперь находится на нулевой частоте (постоянный ток), перед аналого-цифровым преобразованием и демодуляцией в DSP. Сведение сигнала к постоянному току сворачивает спектр вокруг нулевой частоты, создавая положительные и отрицательные частоты и разделяя полосу пропускания сигнала на две части.Выходы смесителя I/Q сохраняют информацию о сигнале, устраняя неоднозначность мгновенной частоты принятого сигнала. Частота положительна, если Q опережает I; в противном случае частота отрицательна. Визуально компоненты I и Q представляют координаты x/y вектора на диаграмме созвездия инженера по передаче (Ссылка 2). Обмен данными GPRS и EDGE требует особо точного контроля смещения постоянного тока из-за увеличения количества точек на диаграмме созвездия и меньших расстояний между отдельными векторами.

Одношаговое преобразование RF в основной диапазон позволяет избежать проблем с изображением суперсетей, обходясь без внешних фильтров ПЧ и фильтров изображения. Но этот интеграционный потенциал имеет свою цену и создает проблемы, которые удалось преодолеть лишь немногим поставщикам. Поставщики, в том числе Analog Devices, Alcatel Microelectronics, Ericsson, Infineon, Maxim, Micro Linear, Nokia, Philips, STMicroelectronics и Texas Instruments, имеют или скоро будут иметь технологию нулевой ПЧ. Из этих поставщиков Alcatel является пионером в области прямого преобразования и за последние девять лет произвел около 30 миллионов телефонов с нулевой ПЧ.Стив Беккерс, директор подразделения беспроводной связи Alcatel, отмечает, что двухдиапазонный GSM-трансивер MTC-70500 компании уменьшает количество наборов микросхем СБИС в телефоне, в котором он впервые использовался, с семи до всего двух — приемопередатчика и процессора основной полосы частот. Alcatel также использует методы прямого преобразования в своих ИС для приложений Bluetooth и DECT (цифровая усовершенствованная беспроводная телефония).

Ключевые проблемы с приемниками прямого преобразования включают конструкцию фильтра выбора канала и развязку частоты гетеродина.Чтобы поддерживать низкий уровень шума в активном фильтре нижних частот, резисторный элемент должен иметь как можно меньшее значение, что требует большого конденсатора. Поскольку конденсаторы IC представляют собой устройства типа «металл-металл», они занимают значительное и дорогое место в кристалле. Вы также получаете меньшую избирательность от встроенного активного фильтра, чем от внешних пассивных устройств, поэтому избирательность канала может быть проблемой. Энергопотребление также может пострадать, потому что дополнительный шум активного фильтра требует компенсации высоколинейным входным каскадом с низким уровнем шума, который относительно прожорлив.Но самая большая проблема приемника прямого преобразования связана с изоляцией. Любая утечка частоты гетеродина, которая поступает в смеситель, имеет ту же частоту, что и полезный сигнал, поэтому составляющая гетеродина микшируется как постоянная составляющая, которая появляется как сигнал блокировки основной полосы частот. Утечка может исходить из множества источников, например, через соединительные провода и подложку ИС, и может возвращаться обратно во внешний интерфейс приемника. Пользователь может внести свой вклад в путь утечки, поскольку ВЧ-излучение проходит через тело и обратно к антенне приемника, создавая переменное смещение по постоянному току, которое очень трудно компенсировать.Эти самосмешивающиеся помехи также могут усиливаться при движении из-за различных отражений между антенной и окружающими объектами.

Для решения проблем приемника с прямым преобразованием требуется сочетание подходов, которые в настоящее время требуют технологии смешанного процесса. Технология Alcatel BiCMOS объединяет аналоговые, цифровые и радиочастотные элементы на одном кристалле с использованием четырехслойных металлических межсоединений. Аналоговые компоненты для построения активных фильтров включают конденсаторы металл-металл со значениями около 1 фФ/мкм 2 и допусками ±20%.Фильтры нуждаются в точно согласованных компонентах, и процесс согласования конденсаторов до 0,25% и поликремниевых резисторов лучше, чем 0,5%. Дополнительный четвертый толстый слой металлизации также позволяет устанавливать катушки индуктивности на кристалле глубиной 2 мкм. Биполярный элемент построен на npn-транзисторах с поликремниевыми эмиттерными и базовыми компонентами, обеспечивающими частоты перехода выше 20 ГГц; также доступны боковые транзисторы pnp. Часть CMOS аналогична стандартным самовыравнивающимся процессам 0,35 мкм и обеспечивает повышение скорости на 30–35% по сравнению с 0.5-мкм процессы. Чтобы соответствовать РЧ-среде, КМОП-элементы оптимизированы для работы в аналоговом режиме с многобуферизованным локальным оксидированием кремния для снижения токов утечки.

Alcatel MTC-70500 включает отдельные тракты микшера для каждого диапазона GSM. Один управляемый напряжением генератор (VCO), работающий на частоте примерно 1800 МГц, генерирует частоту гетеродина. ГУН внешний, но в микросхему интегрирован синтезатор, который включает делитель для GSM-900. Усилители с переменным усилением и контур автоматической регулировки усиления (АРУ) нормализуют сигналы I/Q после микширования до общего уровня для последующей обработки.Франсуа Гумберт, линейный менеджер компании GSM, объясняет, что конструкция включает двухэтапный подход к управлению смещениями постоянного тока: «Первый этап представляет собой аналоговую коррекцию непосредственно после преобразования с понижением частоты, в которой используются подстроечные ЦАП для грубого вычитания ошибок постоянного тока. После аналого-цифрового преобразования мы используем алгоритм для удаления оставшихся аппаратных ошибок смещения». Непрерывные фильтры на входах АЦП предварительно фильтруют полезный сигнал. Гумберт отмечает, что самой сложной задачей является создание АЦП с динамическим диапазоном для поддержки цифровой коррекции.Каждый сигнальный тракт имеет полосу пропускания около 90 кГц, которую MTC-70500 передискретизирует на частоте 6,5 МГц с помощью 14-разрядного АЦП: «Значительное улучшение динамического диапазона АЦП является ключом к реализации преимуществ нулевой ПЧ. АЦП с высоким разрешением позволяют нам управлять смещением постоянной составляющей в цифровой области, что всегда превосходит решения в аналоговой области».

С анонсом своего чипсета «Othello» в конце прошлого года компания Analog Devices первой открыто выпустила на рынок приемопередатчик прямого преобразования для GSM. Двухдиапазонный AD6523 компании интегрирует входной каскад МШУ и обходится без фильтра подавления изображения, экономя по меньшей мере 15 компонентов по сравнению с эквивалентным супергетеродинным подходом.МШУ является основным элементом усиления, поэтому последующие шумовые вклады в основном находятся на уровне шума системы. Выходы смесителя I/Q подаются на усилители основной полосы частот с регулируемым коэффициентом усиления, которые помогают фильтровать соседние каналы и внутриполосные блокирующие сигналы. Центральная частота хитроумного гетеродина составляет около 1350 МГц, что находится где-то посередине между GSM-900 и GSM-1800. Поскольку основная частота гетеродина удалена от любой полосы, входные фильтры ослабляют излучение, чтобы подавить ошибки смещения постоянного тока. Дуг Грант (Doug Grant), директор по развитию бизнеса компании Analog Devices, уточняет: «Мы боремся с утечкой ВЧ сигнала гетеродина с помощью встроенного регенеративного делителя, который преобразуется на 2/3 или 3/2 частоты ГУН для достижения частоты 900 или 1800 МГц.Такой подход сводит к минимуму излучение РЧ-порта, поскольку отсутствуют дорожки на печатной плате, формирующие антенну для излучения ГУН. Другие шаги также необходимы для получения адекватной производительности. Например, путь прохождения сигнала везде, где это возможно, является дифференциальным, и мы везде используем прецизионные аналоговые методы проектирования и компоновки. Этот шаг помогает ослабить интермодуляционные искажения второго порядка, которые нелинейность создает в типичных приемниках прямого преобразования. Мы также управляем смещениями микшера с помощью встроенных подстроечных ЦАП, управляемых контроллером основной полосы частот и программным обеспечением, а наши алгоритмы обработки основной полосы частот увеличивают динамический диапазон на несколько дБ.«Эталонный проект Analog использует около 90 компонентов на одной стороне печатной платы размером 35×57 мм, по сравнению с примерно 225 компонентами для сопоставимого супергетеродинного проекта (рис. 4). Построенный на BiCMOS, AD6523 и сопутствующий ему синтезатор AD6524 выйдут на полную мощность в конце этого года и будут стоить около 6 долларов (100 000 долларов).

Low-IF предлагает еще один вариант

Вы можете задаться вопросом, возможно ли объединить устойчивость супергетеродина к смещениям постоянного тока с меньшим числом компонентов приемника прямого преобразования и возможностями подавления изображения.Такой приемник называется конструкцией с низкой ПЧ, в которой РЧ преобразуется с понижением частоты до относительно низкой частоты. Компания Philips использует технологию «почти нулевой ПЧ» (N-ZIF) для решения проблем смещения постоянного тока в микросхеме трехдиапазонного приемопередатчика UAA3535 (рис. 5). UA3535 поддерживает обмен данными GPRS класса 10 с четырьмя временными интервалами передачи и двумя временными интервалами приема. Разработчики ИС рассмотрели схемы вычитания смещения постоянного тока, но отвергли этот подход из-за уровня сложности, необходимого для получения адекватных характеристик. Майк Барнард, руководитель группы беспроводной связи Philips Research, отмечает: «Вы сталкиваетесь с постоянно меняющимися уровнями смещения постоянной составляющей, особенно при наличии сильных АМ-помех.GSM сам по себе может вызвать аналогичные головные боли, потому что его импульсный характер имеет почти такой же эффект, как блокирующие сигналы AM». Основная предпосылка N-ZIF состоит в том, чтобы преобразовывать РЧ с понижением частоты в более низкую частоту — в данном случае 100 кГц, или половину разноса каналов GSM, — чтобы обеспечить связь по переменному току для устранения нежелательных смещений. Основным недостатком подхода с низкой ПЧ является то, что теперь вам нужен АЦП с удвоенной полосой пропускания по сравнению с конструкцией с нулевой ПЧ, а также с дополнительной обработкой основной полосы частот, чтобы справиться с низкой ПЧ. Фильтр выбора канала становится сложной задачей проектирования, поскольку его частотная характеристика теперь сосредоточена на 100 кГц и больше не симметрична относительно нуля.Сигнал низкой ПЧ также содержит помехи от соседних каналов и компоненты изображения низкого уровня. Для восстановления адекватной фильтрации UAA3535 использует встроенные многофазные фильтры, которые устраняют необходимость во внешних устройствах. Эти фильтры обрабатывают выходы I/Q смесителя как сложную пару, чтобы различать полезный сигнал и помехи в соседнем канале. Конструкция фильтра состоит из пары идентичных лестничных цепей, которые каскадируют конденсаторы и гираторы. Между каждой сетью другой набор гираторов подключается к противоположным парам конденсаторов, чтобы сместить частотную характеристику фильтра вверх от нуля.Частотная характеристика фильтра в целом имеет гауссову форму, соответствующую схеме модуляции GSM, с корректировками для подавления внутриполосных помех и помех по соседнему каналу. Еще одной особенностью UAA3535 является использование логарифмического сжатия после многофазного фильтра. Ступень сжатия устраняет необходимость в петлях АРУ и повышает эффективность преобразования входящей частоты, уменьшая требования к динамическому диапазону АЦП.

Данные уточняют характеристики GSM-приемника
Стандарт GSM устанавливает строгие требования к приемнику, которые в первую очередь относятся к чувствительности, динамическому диапазону, шумовым характеристикам, линейности и характеристикам блокирующего сигнала.Минимальная эталонная чувствительность составляет –102 дБм для глобальных полос частот с разносом каналов 200 кГц, но большинство приемников предлагают более высокую чувствительность для большей дальности приема. Но приемник также должен работать с входными сигналами до –15 дБм, поэтому вам потребуется около 90 дБ динамического диапазона. Производительность DSP в значительной степени определяет требования к шумовым характеристикам: отношение сигнал-шум 9 дБ на входе DSP требует коэффициента шума около 11 дБ для всего внешнего интерфейса. GSM определяет двухтональный тест для оценки линейности приемника с мешающими тонами –49 дБм на расстоянии 800 и 1600 кГц от полезного сигнала.При наличии этих тонов приемник должен правильно декодировать полезный сигнал на уровне –99 дБм. GSM также включает в себя набор тестов блокирующих сигналов для оценки избирательности канала приемника. Два затухающих сигнала соседнего канала, на расстоянии 200 и 400 кГц от полезного сигнала, вместе с блокирующими сигналами с фиксированной мощностью дальше, подчеркивают избирательность канала и способность приемника подавлять мешающие сигналы мощностью до 0 дБм.
Помимо использования каналов 200 кГц для множественного доступа, GSM использует модуляцию множественного доступа во временной области (TDMA) для разделения каждого канала на 4.Кадр передачи 615 мс в восемь временных интервалов по 577 мкс. Потенциально до восьми пользователей могут совместно использовать одну частоту для полосы пропускания со спектральной эффективностью, эквивалентной 12,5 кГц/канал. Метод модуляции представляет собой манипуляцию с минимальным сдвигом с фильтрацией по Гауссу (GMSK). Сигнал GSM представляет собой последовательность мультикадров, каждый из которых содержит 26 кадров; Кадры 24 несут трафик, а кадры 13 и 26 предоставляют управляющую информацию. Для кодирования речи GSM квантует звуковой сигнал в поток со скоростью 13 кбит/с и упорядочивает данные в блоки по 20 мс, каждый из которых содержит 260 бит.Кодер передачи разбивает 260 битов на 182 старших бита и 78 младших битов, прежде чем добавить 196 битов прямого исправления ошибок к части MSB. Затем кодер разбивает полученные 456 битов на восемь 57-битных подблоков, которые чередуются и перераспределяются в пределах временных интервалов. Для каждого блока из 456 бит требуется четыре временных интервала, но с перераспределением 456 бит распределяются по восьми временным интервалам и восьми кадрам. Добавление прямой коррекции ошибок и временное перераспределение данных защищает от случайных и импульсных шумовых ошибок.
GSM требует, чтобы приемник контролировал мощность сигнала и сообщал об индикации мощности принятого сигнала (RSSI) обратно на базовую станцию ​​для управления мощностью передачи. Приемник может настроить себя, чтобы компенсировать затухание сигналов и запросить передачу обслуживания на другую частоту, если уровень сигнала слишком низок. Это «скачкообразное изменение частоты» может происходить один раз за кадр при частоте скачкообразного изменения в наихудшем случае 217 Гц. Для поддержки передачи обслуживания GSM периодически ресинхронизирует базовые станции в сотовой группе, считывая информацию о соседнем широковещательном канале управления во время незанятого кадра 26 th .Таким образом, в телефоне приемник гораздо более активен, чем передатчик, поскольку ему приходится постоянно отслеживать управляющую информацию. Приемник также должен выравнивать принимаемые сигналы, чтобы компенсировать многолучевые отражения, которые являются особенностью работы на гигагерцовых частотах и ​​ухудшаются, если мобильный телефон действительно движется. GSM требует, чтобы приемник выравнивал искажения, вызванные многолучевыми отражениями, для временной разницы в 4 битовых периода или около 15 мкс. 26-битный обучающий шаблон передается в течение каждого временного интервала, чтобы обеспечить активную коррекцию.
Усовершенствования GSM для приема данных создают дополнительные проблемы при проектировании. Для голосового использования трубка принимает в течение одного временного интервала и передает через три временных интервала, поэтому трубка никогда не передает и не принимает одновременно. При максимальном расстоянии между базовыми станциями 35 км у синтезатора телефона есть примерно 900 мкс для переключения с одной частоты на другую и синхронизации с новой сотой. Услуги передачи данных, такие как GPRS, позволяют работать с несколькими слотами, где последовательные временные интервалы объединяются для улучшения стандарта GSM 9.Скорость передачи данных 6 кбит/с. GPRS определяет около 29 операционных классов, которые теоретически поддерживают скорость передачи данных до 384 кбит/с. Эти классы подразделяются на тип 1 и тип 2, где мобильные устройства типа 2 способны одновременно передавать и принимать. Поскольку мобильные устройства типа 2 требуют дорогостоящего реинжиниринга, вполне вероятно, что мобильные устройства типа 1 будут доминировать, используя класс 8 (таймслоты 4-Rx/1-Tx), класс 10 (4-Rx/2-Tx) или класс 12 (4-Rx/2-Tx). -Tx/4-Rx). Временные интервалы не обязательно должны быть непрерывными, но из-за системных накладных расходов любой из этих вариантов класса поддерживает 5 временных интервалов на кадр (рис. A).GPRS резервирует свободный кадр перед синхронизацией с соседней сотой и не требует мониторинга уровня сигнала соседней соты. Теперь у синтезатора телефона есть половина временного интервала (288 мкс), в котором можно менять частоты. Дробное деление и высокие частоты сравнения в системе фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) ускоряют отслеживание синтезатора и снижают внутриполосный шум ФАПЧ, уменьшая фазовые ошибки намного ниже максимального значения GSM, составляющего 5 градусов среднеквадратичного значения. Микросхемы синтезаторов с дробным делением, такие как Philips SA8026, переключаются примерно за 180 мкс, оставляя запас примерно в 100 мкс для других элементов системы.

Конструкция CMOS RFIC для приемников прямого преобразования

Презентация на тему: » Проектирование КМОП РЧИС для приемников прямого преобразования.» — Транскрипт:

1 Конструкция CMOS RFIC для приемников прямого преобразования
Zhaofeng ZHANG ELEC, HKUST

2 План презентации
Исходная информация Введение Проблемы проектирования и решения Приемник пейджера с прямым преобразованием Заключение

3 Цель исследования SOC Низкая стоимость Низкое энергопотребление Процесс: CMOS Уровень интеграции
Устройство достаточно хорошее Улучшенные пассивные компоненты Уровень интеграции Минимизация внешних компонентов Минимизация площади ИС и количества контактов Низкое энергопотребление Высокая степень интеграции = низкое энергопотребление Отдельный блок с низким энергопотреблением Архитектура системы важна SOC

4 Гетеродинные приемники Высокая ПЧ: более 2 преобразований с понижением частоты Низкая ПЧ
Наилучшая чувствительность Требуются внешние ПАВ-фильтры подавления изображения и фильтры выбора канала Самая высокая стоимость, высокая мощность, низкий уровень интеграции Низкая ПЧ Слабое требование подавления изображения по сравнению с высоким -IF Нет проблем со смещением по постоянному току Требуется квадратурный гетеродин Возможно возникновение мерцающего шума Высокий уровень интеграции, низкая стоимость

5 Приемники Homodyne Плюсы Минусы I 90º Q Простая архитектура МШУ
Плюсы Минусы Простая архитектура Нет проблем с изображением Нет интерфейсов 50 Ом Высокий уровень интеграции Самая низкая стоимость, низкое энергопотребление Смещения постоянного тока Мерцающий шум Утечка гетеродина Искажения четного порядка

6 Происхождение проблемы В центре нашего исследования!
Смещение по постоянному току Мерцающий шум Утечка гетеродина Искажение четного порядка Требование линейности Требование к шуму Несоответствие IQ Все проблемы ограничиваются конструкцией микшера! Смеситель: самый ответственный компонент! Наша исследовательская направленность!

7 Смещения постоянного тока и утечка гетеродина Утечка гетеродина нулевая ПЧ + смещение
Смещение возникает из-за самосмешивания.Он может достигать диапазона мВ на выходе смесителя. Это зависит от окружающей среды и скорости движения мобильного телефона и меняется со временем. Максимальная полоса пропускания может достигать диапазона в кГц. Утечка гетеродина создает помехи другим приемникам.

8 Иллюстрация спектра
Мощность Узкополосный широкополосный частотный сигнал Смещения постоянного тока Смещение постоянного тока без смещения Угол верхних частот Фликер-шум Рассмотрим влияние смещения на демодулированные сигналы.Левая сторона представляет собой демодулированные узкополосные сигналы. Правая сторона — демодулированные широкополосные сигналы. На них влияет фликер-шум, характерный для КМОП-устройств. Кроме того, в обычных смесителях нельзя избежать изменяющегося во времени смещения постоянного тока. Верхние два со смещением постоянного тока, а два нижних — без смещения постоянного тока. Чтобы предотвратить блокировку сигнала, мы должны отфильтровать этот мусор и передать сигнал через высокие частоты. Угол верхних частот зависит от максимальной ширины полосы смещения постоянного тока. Энергия сигнала вблизи постоянного тока будет потеряна, что приведет к очень плохим характеристикам BER.Это особенно верно для узкополосных сигналов. Для широкополосных сигналов, таких как сигналы с расширенным спектром, отфильтровывается только небольшая часть, и смещение постоянной составляющей оказывает меньшее влияние. Но если мы сможем решить проблему смещения постоянного тока, угол верхних частот может быть как можно меньше, нас будет беспокоить только статическое смещение постоянного тока, вызванное несоответствием устройств. Производительность BER может быть значительно улучшена.

9 Existing Solutions on DC Offset
Связь по переменному току или фильтрация верхних частот Автоматическое обнуление или двойная выборка Компенсация смещения в цифровой области Метод двойного гетеродина [ISSCC99] Адаптивный двухконтурный алгоритм в сочетании со смесителем [RAWCON00] Биполярная гармоника на основе широтно-импульсной модуляции смеситель [CICC97] Однако эти методы либо не столь эффективны, либо слишком сложны, либо не подходят для КМОП-процесса.Много усилий было приложено к смещению: автообнуление или двойная выборка, эффективная фильтрация верхних частот. Однако его можно использовать только на очень поздней стадии из-за высокого уровня собственных шумов, вызванного наложением шумов. Также нужны часы. Связь по переменному току может использоваться в очень широкополосной модуляции и кодировании без постоянного тока. Невозможно избежать очень больших конденсаторов. Смещение может быть обработано в части DSP. Условием является то, что смещение постоянного тока недостаточно велико, чтобы насытить цепи, и можно отменить только статическое смещение постоянного тока.Метод двойной частоты гетеродина может помочь, но не слишком сильно, потому что связь с подложкой не так чувствительна к разделительному расстоянию. Вышеупомянутые четыре метода не ориентированы на самомикширующий источник-микшер, поэтому проблема самомикширования не может быть решена полностью. Адаптивный двухконтурный алгоритм использует обратную связь для управления микшером. Это может уменьшить только очень большое изменяющееся во времени смещение. Гармонический смеситель на основе широтно-импульсной модуляции можно использовать только для биполярных устройств. На конференции RAWCON мы предложили разновидность гармонического смесителя на основе квадратичного закона, подходящего для КМОП-схем.

10 Предлагаемое смешивание гармоник
Обычный Наша работа flo=frf РЧ-сигнал frf Сигнал BB 2flo=frf Утечка гетеродина Смещение постоянного тока flo=frf/2 flo Итак, что такое смешивание гармоник? В отличие от обычного микшера, сигнал гетеродина и радиочастотный сигнал не находятся в одной и той же полосе частот. Именно вторая гармоника сигнала гетеродина осуществляет процесс микширования. Любая утечка гетеродина будет смешана со второй гармоникой и не создаст смещения постоянного тока.

11 Квадратичный смеситель
Vlo+ Vlo- Vrf+ Vrf- 3V LO 2 RF IF Связь тока с напряжением Нет Как это реализовать? Здесь мы предложили гармонический смеситель на основе квадратичного закона. Мы преобразуем вход гетеродина в токовую форму, содержащую вторую гармонику гетеродина, и используем этот ток для управления крутизной каскада ВЧ-каскада. Нет никакой связи между током и ВЧ-входом и, следовательно, в идеале без самосмешивания.Правая сторона представляет собой схему ядра смесителя. Нижний — удвоитель частоты. Здесь мы используем ток для управления крутизной смесителя, а не обычные переключатели, управляемые напряжением. Инжекция тока используется для уменьшения тока, протекающего в M3 и M4, и, таким образом, уменьшает фликер-шум. Поскольку крутизны изменяются одновременно, каскад гетеродина и источник тока не вносят вклада в шум. Утечка гетеродина отсутствует. В идеале без самосмешивания. Переключение с управлением по току.Нет шума от каскада гетеродина.

12 Шумоподавление мерцания
Vlo+ Vlo- Vrf- 3V Vrf+ Шум мерцания пропорционален току. Инжекция тока используется для уменьшения мерцающего шума. Отсутствует вклад шума от источника тока.

13 Компенсация смещения 20 TSMC0,35 10 Усиление >35 дБ (дБ) -10 -20 -30 -40
Усиление (дБ) -10 -20 -30 -40 -22 -20 -18 -16 Входная мощность гетеродина (дБм) )

14 Уровень шума 60 50 Коэффициент шума при 10 кГц (дБ) 40 30 20 400 600 800
1000 Подаваемый ток I0 (мкА)

15 Как улучшить больше? Тем не менее, мерцающий шум все еще слишком велик из-за устройств CMOS, минимальный достигнутый коэффициент шума превышает 10 кГц для гармонического смесителя CMOS.Для преодоления мерцающего шума требуется МШУ с высоким коэффициентом усиления и низким уровнем шума, в то время как линейность входного каскада страдает. Для узкополосной системы связи, такой как пейджер FLEX, требования к шуму на низких частотах очень жесткие. Хорошо известно, что биполярное устройство является хорошим кандидатом для устранения мерцающего шума. Но можем ли мы сделать это в процессе CMOS и насколько хорошо это устройство? ДА! Проблема смещения постоянного тока была успешно решена. Однако, как вы видите, шумовые характеристики по-прежнему недостаточно хороши из-за большого мерцающего шума.Итак, как улучшить? Хорошо известно, что мерцающий шум в биполярных устройствах очень мал. Но мы используем процесс CMOS. Таким образом, латеральная биполярность в КМОП может быть хорошим кандидатом для устранения мерцающего шума. Мы попробовали это.

16 Боковой биполярный транзистор в массивном КМОП-процессе
W.T. Holman95 Затвор Эмиттер Коллектор База Земля P+ N+ Вертикальный Боковой Вот вид сверху бокового биполярного транзистора.В процессе nwell CMOS доступен только PNP. Эмиттер внутри, с полизатвором, изолирующим эмиттер и коллектор, nwell используется в качестве базы. Затвор используется для закрытия транзистора PMOS.

17 Физическая модель LBJT Gate D. Mac98 Base P-Sub
Эмиттер-коллектор Base M1 Q1 Q2 Q3 Чистый LBJT: M1, Q3 выкл., Q1, Q2 вкл. Это физическая модель латерального биполярного расстройства. Одно устройство mos, одно боковое pnp и два паразитных вертикальных биполяра.

18 График Гуммеля LBJT TSMC0,35 >40 при макс. мАс fT 4 ГГц
На этом рисунке показан график Гуммеля устройства. По наклону 60 мВ/декада мы можем сказать, что это похоже на биполярное устройство. Коэффициент усиления по току больше 40 в диапазоне мА.

19 LBJT Гармонический смеситель RL OUT- OUT+ VRF+ VRF- Ii VLO- VLO+ M1 M2 VDD Q1
Это боковая биполярная версия гармонического смесителя.ВЧ каскад заменяется новым устройством.

20 Шумовые характеристики Большой гетеродин снижает уровень шума.
Шумовые характеристики. По-прежнему на частоте 10 кГц коэффициент шума значительно улучшается по сравнению с предыдущим. Большой гетеродин улучшает шум.

21 Искажение четного порядка frf
Радиочастотный сигнал frf Помехи сигналам BB IM2 (f2-f1) a1x+a2x2+a3x3+… f1 f2 В основном это связано с асимметрией компоновки и несоответствием устройств.При прямом преобразовании интермодуляционные компоненты IM2 попадут в спектр демодулированного сигнала. Следовательно, для гомодинных приемников требуется хороший IIP2. Обнаружено, что изменение нагрузочного сопротивления или напряжения смещения может компенсировать несоответствие устройства и значительно улучшить IIP2.

22 Улучшение IIP2 IIP2=18dBm IIP2>40dBm Такая же компенсация смещения постоянного тока
Это двухтональное тестирование.Из-за несоответствия устройств IP2 не так хорош. При дополнительном смещении напряжения смещения на ВЧ-входе характеристики значительно улучшаются.

23 LBJT Характеристики микшера
Технология TSMC 3M2P 0,35 мкм VDD Усиление сигнала 3 В +15 дБ Подавление смещения по постоянному току >30 дБ Шум 10 кГц <18 дБ 1 дБ Точка компрессии >-20 дБм IP3 относительно входа >-9 дБм IP2 относительно входа > +40 дБм Потребляемая мощность < 2.2 мВт

24 Резюме по микшеру Мерцание отсутствует, частота среза ниже 10 кГц.
Смещение постоянного тока отсутствует, достигается подавление смещения постоянного тока более чем на 30 дБ. Нет проблемы утечки гетеродина. Достаточный IIP2 после компенсации смещения. Высокий коэффициент усиления и низкое энергопотребление. Полный процесс CMOS. Подходит для приложений прямого преобразования CMOS.

25 Трудности в FLEX Pager
FLEX 6400, 4FSK -20 -40 -60 дБ 10 5 -5 -10 кГц -1 12 дБ Eb/N0 Эффект верхних частот 10 -2 Угол верхних частот (Гц) 10 Большие проблемы Узкополосная модуляция Значительная энергия около постоянного тока Фильтр верхних частот нежизнеспособен Проблема смещения постоянного тока Фликер-шум значителен После решения проблемы смещения постоянного тока позвольте мне перейти к приемнику пейджера.Из рисунка видно, что это разновидность узкополосной модуляции. И он имеет значительную энергию вблизи постоянного тока. Фильтрация верхних частот неэффективна. Верхний правый рисунок показывает, чем выше угол, тем хуже производительность BER. Смещение постоянного тока также является большой проблемой. При большем смещении постоянного тока производительность BER значительно ухудшалась. Кроме того, фликер-шум является серьезным для этой узкополосной модуляции. 10 -1 Эффект смещения по постоянному току BER 10 -2 4 8 12 16 Eb/N0 (дБ)

26 4-FSK Приемник пейджера 45 AGC LNA DEMOD VCO RF: Zhaofeng BB: Zhiheng Это блок-схема приемника пейджера.Сигнал усиливается МШУ и микшируется непосредственно гармоническими смесителями. Из-за гармонического микшера нам нужен фазовый сдвиг на 45 градусов. Демодулированный сигнал проходит через АРУ, ФНЧ и поступает на демодулятор 4-FSK. Гармонический смеситель предназначен для изменяющегося во времени смещения постоянного тока. Пиковые детекторы используются для устранения статического смещения постоянного тока. Мы использовали высокий входной коэффициент усиления и метод инжекции тока, чтобы уменьшить фликер-шум с компромиссом в отношении линейности. Полностью дифференциальная архитектура для подавления шума подложки.Гармонические смесители используются для решения изменяющегося во времени смещения постоянного тока. Пиковые детекторы используются для устранения статического смещения постоянного тока. Высокий входной коэффициент усиления и инжекция тока для уменьшения фликер-шумов.

27 МШУ Неквазистатическое явление делает ненужным согласование на кристалле. Внешнее согласование с помощью одного индуктора и балуна. 930MHz Были опробованы как внутренние, так и внешние индуктивные нагрузки. Позвольте мне перейти к отдельным блокам.МШУ построен на транзисторах с дифференциальным каскодированием. Согласование было выполнено вне чипа из-за непредсказуемого неквазистатического эффекта. Кроме того, внешнее согласование обеспечивает лучшие шумовые характеристики благодаря более высокой добротности. Используется только один индуктор и балун. Согласование достигает -20 дБ на центральной частоте. Для нагрузки МШУ были опробованы катушки индуктивности как на кристалле, так и вне его. Встроенный для более высокой интеграции и внешний для большого коэффициента усиления и хорошего коэффициента шума.

28 Смеситель с двойной балансировкой Смесители с двойной балансировкой на гармониках использовались для улучшения линейности и обеспечения постоянного импеданса МШУ.Инжекция тока обеспечивает снижение мерцающего шума более чем на 20 дБ. Улучшить линейность; Обеспечьте постоянный импеданс МШУ; Инжекция тока обеспечивает снижение мерцающего шума более чем на 20 дБ.

29 Кольцевой генератор Половина радиочастоты, обеспечивает фазу 45.
Дифференциальный 4-каскадный кольцевой генератор обеспечивает фазовый сдвиг на 45 градусов. Обратите внимание, что частота колебаний составляет половину радиочастотного сигнала.Логика, связанная с источником, использовалась для меньшего колебания и меньшей связи. Половина частоты RF, обеспечивает фазу 45.

30 Компенсация статического смещения постоянного тока
Детектор пиков сигнала с нулевой ПЧ 4-FSK Fmin200 Гц Для подавления статического смещения постоянного тока в качестве индикатора смещения использовался пиковый детектор. Разность пиков дифференциальных сигналов равна смещению постоянного тока. Его вычитали на выходе.Половина пикового детектора использовалась для обнаружения пиков. Минимальная рабочая частота больше 200 Гц.

31 Обзор производительности Приемник пейджера с внешним индикатором
Максимальное усиление: 62 дБ Шум 14,5 дБ Общее смещение по постоянному току на выходе LPF: <1 мВ (сигнал: 400 мВ) Рассеиваемая мощность: 58 мВт Технология: TSMC0,35 мм 4M2P Площадь кристалла: мм2 Входная часть Внешний индикатор Встроенный индикатор Усиление РЧ/ВЧ: дБ дБ дБ дБ дБ дБ IIP3: дБм дБм IIP2: дБм дБм Рабочая частота: МГц Частота гетеродина: 465 МГц Несоответствие усиления IQ: < 0.Несоответствие фазы IQ 3 дБ: < 5 RF/BB по сравнению с LO/BB: > 54 дБ Без самомикширования Согласование входов: < -20 дБ Рассеиваемая мощность: мВт Основная полоса (Zhiheng) Усиление АРУ: дБ~18,6 дБ LPF: Усиление в полосе пропускания- 6,2 дБ, пульсации 0,5 дБ (9 кГц) Затухание в полосе задержания  63 дБ ( 17,8 кГц) Подавление смещения: <2 мВ (при входном смещении ±100 мВ) Относительный входной шум: 600 нВ/ при 10 кГц Восстановление тактовой частоты: Диапазон захвата > 550 Гц Мощность рассеивание: 5,4 мВт (включая все тестовые буферы)

32 Die Photo ВЧ-входная схема основной полосы [Zhiheng] DEMOD LPF AGC
45 AGC LNA DEMOD VCO DEMOD LPF AGC Mixer OSC LNA Base Band Circuit [Zhiheng] ВЧ-входная схема Вот фото кристалла.Входной ВЧ-интерфейс с внешней катушкой индуктивности. Входной ВЧ-интерфейс со встроенным индуктором и схемой основной полосы частот. Чип был изготовлен по технологии TSMC0.35.

33 Резюме по приемнику пейджера
Возможность прямого преобразования была продемонстрирована. Предложенный метод смешивания гармоник успешно решает проблему смещения постоянного тока, вызванного самосмешением. Благодаря компенсации статического смещения постоянного тока общее смещение постоянного тока на выходе приемника составляет менее 1 мВ.Модифицированный демодулятор ZIFZCD 4-FSK работает корректно. Успешно реализован приемник пейджера 4-FSK FLEX в одном чипе.

34 Заключение Рассмотрена схема прямого преобразования.
Смещение по постоянному току: улучшение более чем на 30 дБ Утечка гетеродина: больше не проблема Мерцающий шум: угловая частота меньше кГц из-за бокового биполярного устройства. IIP2: более +40 дБм после компенсации смещения.Система на кристалле была успешно продемонстрирована с использованием архитектуры прямого преобразования CMOS.


Усилитель и A/V-ресивер: какой купить

Один из наиболее частых вопросов, которые мы получаем здесь, в TMS, заключается в том, следует ли кому-то покупать A/V-ресивер или усилитель для своей установки. Сначала мы были удивлены огромным количеством электронных писем, касающихся, как нам казалось, довольно простого вопроса. Как оказалось, это не так уж и принципиально.Аудиоиндустрия не проделала очень хорошую работу, чтобы сделать ответ ясным, потому что зачем предлагать ясность, если вместо этого можно использовать жаргон? Итак, мы решили составить краткое руководство, чтобы продемонстрировать, когда использовать усилитель, а когда — A/V-ресивер. Также есть много дополнительной информации о том, как извлечь из этого максимальную пользу!
 

Что такое усилитель?

Начнем с простого. Усилитель — это компонент вашей звуковой системы, который не только питает динамики, но и позволяет выбирать источник звука и регулировать громкость.В своей простейшей форме стереоусилитель обрабатывает два канала, левый и правый, оба из которых составляют звук, который вы слышите. Вы не можете подключить динамики или наушники без какого-либо усилителя, включая беспроводные наушники, которые имеют собственный внутренний усилитель.

Следует помнить одно важное замечание: усилители предназначены для питания пассивных динамиков, таких как динамики, которые получают питание от самого усилителя и не подключены к какому-либо прямому источнику питания. Вам не нужно будет подключать усилитель к активным колонкам.Они также известны как активные динамики, потому что каждый из них уже должен иметь встроенный усилитель, подключенный и согласованный с драйвером (внутренним динамиком). Однако у каждого правила есть исключение, и если вы хотите расширить существующую систему, вы можете подключить дополнительный усилитель и динамики. Мы объясним все это ниже.

Что такое A/V-ресивер?

A/V (аудио/видео) ресивер – это усилитель на стероидах. Вместо обычных двух каналов обычного усилителя ресивер может выводить звук на пять, семь, 11 или даже 13 различных каналов.Он также имеет возможность обрабатывать видеоданные, обычно через соединение HDMI. Хотя он не слишком сильно отличается от обычных усилителей с точки зрения внешнего вида — по большей части, мы говорим здесь о больших черных ящиках — разница заключается в мощности, которую он предлагает, количестве каналов и чистом диапазоне. особенностей. A/V-ресиверы, скорее всего, будут предлагать такие функции, как коррекция помещения, Bluetooth, беспроводная связь и многое другое.

Учитывая все это, вы ожидаете, что A/V-ресиверы будут дороже, чем обычные усилители, верно? Неправильный.У вас могут быть невероятно дорогие стереоусилители и очень дешевые ресиверы, такие как Pioneer VSX-532, который обычно продается менее чем за 300 долларов. Цена, которую вы платите, зависит не от количества выходных каналов, которые производителям очень просто добавить, а от общего качества звука, качества внутренних компонентов и многого другого.

Когда использовать аудио/видео-ресивер, а когда использовать стереоусилитель

К настоящему моменту вы, вероятно, уже догадались, в каких ситуациях уместно использовать любой из этих типов усилителей.Если вы хотите создать только Hi-Fi установку с двумя динамиками и, возможно, сабвуфером, тогда вам подойдет стереоусилитель. Это потому, что на самом деле вам не нужно больше двух каналов. Однако, если вы хотите создать домашнюю развлекательную установку, которая позволит вам смотреть фильмы или сериалы с объемным звуком, то было бы более уместно выбрать A / V-ресивер. Для этой установки вам понадобится больше динамиков, а значит, потребуется больше каналов для их питания. В этом случае стереоусилитель будет неуместен.

Да, из этого правила также есть некоторые исключения, когда вы можете включить дополнительные усилители в установку с уже установленным ресивером. Но вообще говоря, вы используете стереоусилитель для Hi-Fi и A/V-ресивер для домашнего кинотеатра. Это действительно так просто.
 

Встроенные, предусилители и усилители мощности

Прежде чем мы двинемся дальше, мы хотели бы сделать одно предупреждение. Для большинства людей информации, содержащейся в этом разделе, может быть слишком много.Это не потому, что это слишком сложно — это на самом деле довольно просто — а потому, что переход по пути предусилителей и усилителей мощности может быть довольно дорогим процессом. В большинстве случаев оно того просто не стоит. Однако, если вы хотите узнать больше о том, как работают усилители, читайте дальше. Это должно стать хорошим.

Из того, что мы знаем на данный момент, совершенно ясно, что и стереоусилители, и A/V-ресиверы являются типами усилителей с несколькими ключевыми различиями в их характеристиках и количестве каналов, на которые они выводят сигнал.Если это так, то они должны иметь некоторые общие черты в своих внутренних схемах. Здесь вы сталкиваетесь с концепцией предусилителей и усилителей мощности. Вместе предусилитель и усилитель мощности берут необработанный сигнал от вашего источника звука, уровень которого слишком низок, чтобы вы могли его услышать, и усиливают его, делая его достаточно громким, чтобы его можно было слушать. Они также наполнят его некоторыми хорошими качествами, такими как богатство и глубина.

Более подробно: предусилитель не только выполняет выбор входа за вас, выбирая, какой звук брать из какого источника, но и чисто усиливает звук до такой степени, что усилитель мощности может вступить во владение, используя всю свою мощность для получения звука. до приемлемого уровня.Они почти всегда представляют собой два отдельных устройства — два больших черных ящика. Или обычно черный, во всяком случае. Дизайнеры усилителей не так изобретательны, когда дело доходит до дизайна.

Думайте об этом как о хорошем отеле. Предусилитель — это человек за стойкой регистрации, который регистрирует вас. Они узнают, кто вы, откуда пришли и в какую комнату вам нужно идти. Если они хорошо справляются со своей работой, они также доставляют удовольствие (в нашей метафоре это предусилитель, немного усиливающий звуковой сигнал).Затем портье — парень с мускулами, способными справиться с вашими сумками — проводит вас в вашу комнату. Это усилитель мощности. Комната в данном случае — это ваши уши. Кроме того, если вы когда-нибудь обнаружите в ушах огромную кровать и джакузи, вам, вероятно, следует обратиться к врачу.

Вы часто будете видеть стереоусилители, называемые интегрированными усилителями, как правило, в тех местах, где любят бросаться жаргоном на ничего не подозревающих слушателей. Интегрированный усилитель представляет собой коробку со встроенным предусилителем и усилителем мощности. Он делает все вышеперечисленное, не нуждаясь в двух отдельных единицах оборудования.Большинство усилителей, которые вы видите на рынке, — как стереофонические, так и ресиверные — будут интегрированными. Это означает, что вам не нужно беспокоиться о покупке отдельных коробок для работы как с предусилителем, так и с усилителем мощности. Прекрасным примером является Peachtree Audio nova300 (полный обзор здесь) — не отчаивайтесь, если вы не можете себе это позволить, так как есть много других хороших продуктов за небольшую часть стоимости.
 

Использование предусилителей и усилителей мощности для систем Hi-Fi

Как только вы это узнаете, вы сможете повеселиться по-настоящему.Если у вас есть место и бюджет, вы можете получить действительно эпический звук и создать систему, которая позволит вам заменять отдельные компоненты, предоставляя вам точный контроль. Допустим, например, что вы хотите получить идеальную систему Hi-Fi. Вы можете купить хороший стереоусилитель или купить отдельный предусилитель и соединить его с отдельным усилителем мощности.

Хорошим примером может служить усилитель мощности Yamaha Aventage MX-A5000 с предусилителем Yamaha Aventage CX-A5100. Это две фантастические (хотя и дорогие) части аудиооборудования, которые вместе составляют вашу систему усиления.Так что теперь все, что вам нужно, это источник музыки (например, Spotify или Tidal), который вы затем направите на свой предусилитель. Предусилитель подключен к усилителю мощности, усилитель мощности подключен к динамикам, и все, что вам нужно сделать, это расслабиться и наслаждаться.

Использование предусилителей и усилителей мощности для домашнего кинотеатра

Вот тут-то и становится по-настоящему интересно. Допустим, вы недовольны звуком вашего ресивера и хотите больше контролировать звук вашего домашнего кинотеатра.Вам понадобится большая комната и серьезные деньги. Но если у вас есть большой голливудский боевик, воспроизводимый одним из лучших звуковых устройств, которые вы когда-либо слышали, оно того стоит.

Прежде всего: выбросьте трубку. Вам это не понадобится. Вместо этого вам нужно нечто, называемое процессором объемного звучания. По сути, это очень сложный предусилитель, который может обрабатывать как аудио-, так и видеоданные. Он не будет выполнять каких-либо серьезных функций по усилению, но будет управлять воздушным движением там, где идет весь звук.Что-то вроде Monoprice Monolith HTP-1 16 должно подойти. Это стоит около 4000 долларов, но опять же, мы говорили, что этот маршрут довольно дорогой…

Очевидно, что между процессором и динамиками вам понадобится какое-то усиление мощности. Вы можете инвестировать в специализированные усилители мощности от Pass Labs и D’Agostino (вы уже продали свои почки, верно?). Если вы действительно полны решимости, вы можете использовать два усилителя мощности на динамик, по одному на каждый левый и правый канал.Эти усилители известны как моноблочные усилители мощности.

Впрочем, может быть и более хитрое решение. Большой секрет стереоусилителей заключается в том, что они могут работать как усилители мощности. Что-то вроде Sonos Amp (полный обзор здесь) было бы идеальным для этого. Он не только в высшей степени доступен по цене менее 600 долларов, но также вполне способен выполнять роль усилителя мощности. Кроме того, вы сможете ставить несколько усилителей друг на друга, что делает настройку более аккуратной. Усилитель Sonos — одно из секретных оружий многих установщиков домашних кинотеатров.Итак, если вы думаете о том, чтобы пойти по пути отдельных компонентов, вы определенно можете сделать хуже.

Дополнительная литература

Как вы можете себе представить, для создания отличной системы Hi-Fi или домашнего кинотеатра требуется гораздо больше. Мы собрали несколько статей, посвященных аспектам, о которых, как мы думаем, вам следует знать, и всегда будет больше.

Вам также может быть интересно, как добиться хорошего согласования между вашими динамиками и усилителем (или усилителями).Ведь дело не только в том, чтобы соединить их и надеяться на лучшее. Есть несколько вещей, которые вы можете сделать, чтобы не только избежать взрыва ваших динамиков, но и максимизировать качество звука.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.