采用RF2607的WLAN自动增益控制设计

1 引言
在WLAN通信中，为了使接收机具有高灵敏度，能确保可靠地接收输入的微弱信号或过大信号，接收机设置了自动增益控制电路(AGC)，其目的在于使接收机的增益随输入信号的强弱自动调整。自动增益控制的主要功能是在输入信号幅度变化很大的情况下，使输出信号幅度保持恒定或仅在特定的范围内变化。在WLAN通信系统中，根据设计需要，要实现70 dB的增益控制变化范围。若没有自动增益控制电路，则在接收很强或极微弱的信号时，可能会使接收机产生饱和及过载，或使信号淹没在噪声中而接收不到信号，即接收机工作失常。在自动增益控制电路的控制下，能够保证整个系统的性能，使得下一级电路能够在正常状态下工作。本文介绍一种RF MicroDevices公司的新型可变增益控制器RF2607，它具有增益较高，动态范围大的特性，使用频率范围适合于射频、中频放大和调节的要求，常用于WLAN通信的模拟前端。

2 RF2607介绍
2.1 RF2607引脚功能
RF2607引脚排列如图l所示，各引脚功能如下：

CDMA+：CDMA平衡输入。引脚内接直流偏置。该引脚可与VCC直接连接，若与其他设备直接连接则要采取隔直措施。对于单端输入，其中一个引脚作为输入端，另一个CDMA输入端交流耦合接地。平衡输入时输入阻抗为l kΩ，单端输入时输入阻抗为500Ω。
CDMA-：除了互补输入外，其他同CDMA+。
GND：接地连接。该引脚的接地线越短越好。一般接地线要粗。
FM+：FM平衡输入。该引脚内接直流偏置，如果与其他设备直接连接要采取隔直措施。对于单端输入，其中一个引脚作为输入端，另一个FM输入端交流耦合接地。平衡输入时输入阻抗1.7 kΩ，单端输入时输入阻抗为850 Ω。
FM-：除了互补输入外，其他同FM+。
IN SELECT：控制选择中频输入(FM或CDMA模式)。这是数控输入端。逻辑高电平选择CDMA端输入放大器。逻辑低电平选择FM端输入放大器。门限电平约为l.3 V。
NC：悬空。该引脚内部偏置，并且不能直接与地或VCC等外电路相连。
OUT-：平衡输出。这是集电极开路输出，可接250 Ω的平衡负载。负载能力限定了工作负载电阻，但是需在该引脚与VCC间加扼流圈或匹配电感，以调整偏置输出。偏置电感属于输出与下一级间的匹配网。该引脚通过VCC偏置，如果下一级输入有直流直接接地，则需加隔直电容。
OUT+：除了互补输出外，其他同OUT-。
VCC：电源。要加外部分流电路。该引脚和分流电容的导线距离应越短越好。接地端的分流电容直接接地。
GC：放大器的模拟增益调整。有效控制电压为0 V~-3 V。控制电压为3 V时增益最大，控制电压为0 V时增益最小。控制电压通过一个4.7 kΩ的电阻施加到此引脚。
2.2 RF2607的主要特性
支持双模式工作(CDMA/FM)；
增益控制范围-48 dB~+48 dB；
可兼容IS95CDMA；
数字选择输入；
一2 dBm的IP3；
频率范围为12 MHz~285 MHz；
标准的16引脚SSOP封装。

3 自动增益控制原理及系统方案
3.1 基本原理
自动增益控制电路框图如图2所示。图中可控增益放大器的放大倍数Av受控制电压Vc的控制，闭环后系统对Av进行自动控制。环路中电平检测电路检测出反映信号电平的信号的平均值，再通过低通滤波器后，在比较器中与参考电平VR相比较，产生控制信号Vc控制Av。若输入电压幅度Vi增加或电路参数变化使增益变大而导致Vo增加时，环路产生一控制信号，使Av减小；反之，在各种因素造成Vo减小时，环路也会产生控制电压Vc使Av增加。即通过环路控制作用，无论Vi变化或系统参数变化，输出信号电平Vo都将保持在由VR决定的电平上几乎不变。

RF2607为图2中由Vc控制Av大小的可变增益放大器。RF2607可工作在CDMA和FM两种模式下，根据控制引脚7的电压高低选择控制工作模式。工作时，在引脚7的电压控制下，器件选择由引脚1，2输入(CDMA信号)或引脚4，5输入(FM信号)的信号进行放大或衰减，信号在器件内部受增益控制引脚16的控制电压控制。施加在引脚16上的电压控制内部放大器的放大倍数，从而控制输出信号的大小。控制电压一般是由输出信号经主中放、解调电路后，检波出的电压控制的，它是输入信号电压大小的反映。检波出的电压不能直接施加到引脚16，而要通过一个控制电压形成AGC电路，它主要是根据检波出的电压大小，经过FPGA产生PWM波来判断和改变控制电压，保证后级能够正常工作；当检测电压小时，控制电压变大，反之亦然。
3.2 自动增益的具体实现方案
基于IEEE802.11a的WLAN接收机前端AGC的具体实现框图如图3所示。

在WLAN通信应用中，RF2607用于模拟前端的接收机中，一般用于接收RF(射频)和IF(中频)信号。这里只给出了中频模拟信号情况。RF射频情况与此类似，只不过要加一个选择器，选择IF和RF两种情况。以上信号平均电平检测、AGC智能控制、PWM波产生框图均在QuartusⅡ环境下通过Velog程序来实现，然后再用FPGA实现对RF2607的自动增益控制。
RF2607的典型应用外围电路如图4所示，该电路是AGC的核心。

作为AGC的核心，RF2607必须支持足够带宽范围的理想中频所需的增益。RF2607既可以是电压控制的放大器，也可以是电压控制的衰减器。使用电压控制放大器的环路噪声系数小。而且，应对输入信号加所需的增益，而不是开始就将所有的增益加上，然后根据输入信号再来衰减。使用电压控制放大器降低了固定放大器的噪声系数和截断点。RF2607的典型噪声系数为5 dB～10 dB。增益最大时(衰减最小时)，噪声系数最小。因为输入信号电平门限很低，因此，要求整个系统的噪声系数尽可能小。图4中的T1、T2为变压器，其作用主要是实现阻抗匹配，利用变压器耦合连接，根据变压器初、次级回路的阻抗变换使前级电路的输出阻抗与RF2607的输入阻抗相等，保证最大功率传输。变压耦合连接的优点是负载和回路之间没有直流通路。变压器初级阻抗为50 Ω，变压器次级输入为500 Ω，根据阻抗与匝数的关系Z初/Z次=(N初/N次)2，选择500：50的变压器。该RF2607在WLAN的应用中采用了FM+的单端输入方式，引脚7控制电压为低电平。经实际测试达到了预想指标要求。
3.3 RF2607使用中的注意事项
RF2607使用时要尽量按照典型和通用的外围电路来接，不要轻易改动，尤其是在输入输出阻抗方面。有时会出现按典型应用来接外围电路时无增益或增益达不到要求的现象，这时要仔细检查信号源是否选对和连接等方面的问题，不要随意改动输出阻抗的大小。因为当加大RF2607的输出阻抗时，会暂时出现增益放大的现象，但此放大现象很不规律，通电后时间一长很容易使RF2607烧坏，致使整个系统无法正常工作。

4 实验评估
测试环设备以及环境：RS的SMU200A矢量信号发生器，WLAN收端实验PCB电路板，DT65型万用表。
在70 MHz中频附近，随着输入电平的改变，控制电压值也随之改变。所测数据如表1所示。

通过以上实验及其所测得的数据，表明RF2607能根据输入信号的不同自动调整其增益大小。

5 结束语
新型可变增益放大器RF2607能良好地工作在WLAN接收机的模拟前端，其性能受到许多通信系统的青睐，在光纤通信、微波通信、卫星通信等系统以及雷达、广播电视系统中都得到了广泛的应用，也被应用于第三代移动通信基站模拟前端中。