Digitales ZF-Subsystem AD 9870
Bei der integrierten Schaltung AD 9870 von Analog Devices handelt es sich um ein vielseitig einsetzbares ZF-Subsystem, das kleine Eingangsspannungen im Frequenzbereich 10 bis 300 MHz mit einer Bandbreite von bis zu 150 kHz digitalisiert.
Die Signalverarbeitungskette des AD 9870 (Bild 1 und 2) besteht aus folgenden Kornponenten:
- Rauscharmer Verstarker
- Mischer
- Verstarker mit regelbarer Verstarkung und integriertem Antialiasing-Filter
- Sigma-Delta-Analog/Digital-Wandler
- Decimation-Filter mit programmierbarem Faktor
Bild 1: Blockdiagramm des AD 9870.
Bild 2: Anschlussbelegung des Bausteins.
Eine Schaltung zur automatischen Verstarkungsregelung (AGC) ermoglicht eine kontinuierliche Einstellung der Verstarkung urn 25 dB. Der große Dynamikbereich des Bandpass-A/D-Wandlers sorgt dafür, dass der AD 9870 auch sehr hohe Storsignale an seinem Eingang verarbeiten kann, die urn bis zu 70 dB starker als das Nutzsignal sind. Weitere Schaltungsblocke umfassen einen Taktgenerator, den Synthesizer für den Local Oscillator sowie ein serielles Peripherie-Interface, SPI genannt. Ober diesel Interface lassen sich zahlreiche Parameter des AD 9870 programmieren, so auch das Teilerverhaltnis des Synthesizers, die Anstiegs- und Abfallzeiten der AGC, der gewünschte Signalpegel, das Format der Ausgangsdaten, das 16-dB-Dampfungsglied und die Strome verschiedener Schaltungsblocke. Die Reduzierung des Stromverbrauchs im Betrieb ermoglicht prinzipiell eine Leistungseinsparung, die aber auf Kosten einzelner technischer Daten erfolgt.
Hier einige wichtige Daten im Uberblick:
- Eingangsfrequenz 10 bis 300 MHz
- Eingangsimpedanz 360 Ohm
- Bandbreite des Ausgangssignals 10 bis 150 kHz
- Digitaler Ausgang: Basisband I/Q-Signal
- Rauschmal3 12 dB (Einseitenband)
- Eingangs-Intercept-Punkt 3. Ordnung - 1 dBm
- Verstarkung 25 dB, kontinuierlicher AGC-Bereich, zusatzlicher +16-dB-Schritt
- AGC-Anstiegszeit programmierbar zwischen 40 und 7.000 is
- Betriebsspanung 2,7 bis 3,6 V
- Strombedarf 42 mA (hoher IP3) bzw. 30 mA (niedriger IP3)
- 48-poliges LQF-Gehause
- Anwendungen: portable und mobile Funkgerate
Zur Erzeugung der Oszillatorfrequenz fir den Mischer im AD 9870 ist ein kompletter Synthesizer auf dem Chip vorgesehen (Bild 3), der eine externe Referenzfrequenz am Eingang (fref)benotigt. Die Zahler A, B und R werden caber drei zugehorige Register programmiert. Die Frequenz eines externen spannungsgesteuerten Oszillators wird dem LO-Buffer zugeführt, geteilt und im Phasen/Frequenz-Detektor verglichen. Das resultierende Gleichstromsignal wird Ober eine sogenannte Ladungspumpe ausgegeben, muss einen externen Tiefpass durchlaufen und dient darn zur Nachsteuerung und zum Einrasten des externen VCOs. Der Mischer arbeitet nach dem bekannten Gilbert-Zellen-Prinzip (wie z. B. im NE 602 verwendet) und kann - zusammen mit dem rauscharmen Vorverstarker (LNA = Low Noise Amplifier) auf vier verschiedene Stromstufen programmiert werden, bei denen sich Daten wie Intercept-Punkt, Bandbreite und Rauschzahl entsprechend verandern und bei geringerem Strom generell verschlechtern. Hier hat der Entwickler die Moglichkeit, je nach Anwendung zu Gunsten der Stromersparnis in portablen Geraten Kompromisse bei den HF-Daten zu schließen.
Bild 3: Blockdiagramm des Synthesizers zur Erzeugung des Signals fur den Local Oscillator.
Wie Bild 4 zeigt, enthalt der AD 9870 einen Verstarker mit regelbarer Verstarkung (VGA) sowie die gesamte erforderliche Schaltung zur Realisierung einer automatischen Verstarkungsregelung. Die AGC-Steuerschaltung ist in weiten Bereichen programmierbar, um das AGC-Verhalten und den Dynamikbereich an eine bestimmte Applikation anzupassen. Der VGA ist fiber einen Bereich von 25 dB einstellbar. Seine Aufgabe besteht vor allem darin, den nutzbaren Dynamikbereich des AD 9870 zu erhohen, sodass der auf dem Chip integrierte Sigma-Delta-A/D-Wandler Nutzsignale mit kleinem Pegel auch bei Anwesenheit starker Storsignale digitalisieren kann, ohne dass er in die Sattigung gerat. Der VGA kann übrigens sowohl manuell als auch automatisch gesteuert werden.
Bild 4: Diagramm der VGA- und AGC-Funktion; alle angegebenen Funktionen sind durch entsprechende Hardware realisiert.
Bild 5: Frequenzgang von LNA und Mischer in Abhangigkeit vom programmierten Strom; es sind vier Stufen weihibar.