Modern Radyo Frekans Demolamalarında Operasyonel Amplifiers Rolü

Operasyonel yükselteçler yüksek performanslı radyo frekansı (RF) alıcıların tasarımında vazgeçilmez hale geldi.Onlara karşı hassasiyet, yüksek kazanç ve iyi tanımlanmış transfer işlevleri, mühendislere RF tasarım mühendisleri ve ileri hobiler için önemli ölçüde kapsamlı bir kaynak sağlamalarını sağlar.

Modern yazılım tanımlı radyo (SDR) mimarileri, op-amps genellikle RF ön uç ve analog-dijik dönüştürücüler arasındaki arayüz olarak hizmet eder, kritik sinyal doğrulama ve kesinti görevleri doğrudan genel alıcı dinamik aralıkları etkileyen görevleri yapar.[Dönetici, bant genişliği ve doğrulayıcılar, ve tümleşik alıcı tasarımları hakkında bir temelleri temelleri anlamak için.[tr|sepsiyonel uygulama alanları hakkında bilgi sahibi olun.)Analog Cihazlarının Op-Amp Basics[DDöneticileri # 1 ve D)[Döneticileri

Aktif Demolamanın Temelleri

Demolama orijinal bilgi taşıma sinyalini bir modlu taşıyıcıdan çıkarır. Pasif uygulamalarda, basit bir diyot retifier ve kapasitör filtre, amplitamine olmayan bir işlemi yakınlaştırır (AM) ancak bu tür devreler ileri gerilim damlalarını sunar, doğrusal olmayan bir kesintiye uğratır ve zayıf devreler, tüm modülasyonlar engelleyicileri korurken, modülasyonlar.

Aktif devreler aynı şekilde senkronizasyonu sağlar - yerel bir taşıyıcı çoğaltmanın gelen sinyal ile çarpıldığı konusunda uyarı tespit eder.Bu teknik, yalnızca aktif devreler ile, büyük ölçüde gürültü bağışıklığı ve DSB-SC, BPSK ve dört kişilik bir amplifikasyon için gerekli olan doğrusallık oranına bağlıdır.[QAM).

Op-Amp RF Uygulamaları için Eleştirel Özellikler

RF demodülasyon için bir af-amp seçmek, ses veya DC devreleri için gerekli olan parametrelere dikkat gerektirir. Aşağıdaki özellikler doğrudan kesinti ve bant genişliğine etki eder:

Band genişlik Ürün (GBP)

Af-amp, tespit etmeden önce sinyal bant genişliğini şekillendiren yeterli açık-loop tutmalıdır.10.7 MHz IF amplifikasyonu 20 dB, en az 100-200 MHz ile bir cihaz tavsiye edilir. Yüksek GBP ayrıca tespit edilen aktif filtreleme aşamalarını sağlar.

Slew Rate

Hızlı sinyal geçişleri, özellikle FM ve pul-moder sistemlerde yüksek oranlar gerektirir, genellikle 50 V / μs'nin üzerinde RF tasarımları için kullanılmaktadır.Int slew oranı, en yüksek sapma veya pul genişliğini kısıtlar, doğru şekilde yeniden üretilebilen en yüksek çözünürlük örnekleridir.

Giriş Gerilim Gürültü Yoğunluğu

Düşük gürültü ön uçtan gelen demodülatörlerde önemlidir. Op-amps like theyuFLT:0)LT1028) veya [[Döneticileri/Spekma/Sunma Mesajları) veya [Döneticileri [Dönderler) düşük gürültüyü birleştirir, düşük gürültüyü de dikkate alır; FET-input cihazları genellikle mevcut gürültüyü daha düşük yapar.

Bias Current ve Impedance

FET-input op-amps (e.g., OPA656) Yüksek hacimli RF kaynaklarına yüklemeyi en aza indirmek için, RF ön uçları için, yüksek çözünürlükteki birkaç resim bile, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yük devreleri oluşturabilir. JFET-input devices:0AD8065

Tedarik Gerilim ve Çıktı Swing

Rail-to-rail çıkış aşamaları düşük gerilim sistemlerindeki bozulmadan maksimum dinamik aralığına izin verir. Çıktı gerilim hızının düşük dengeleme ve en iyi lineer dönüştürücüler veya ses yükselteçleri gibi sonraki aşamaların tam ölçekli girişinin tamamını sağlar.Tek-e-e-proleksiyon tasarımları için, 0AD8538AD8538).

Üçüncü Order Intercept Point (IP3)

Multitone sinyalleri için IP3 lineerliği gösterir. Daha yüksek IP3, yüksek performanslı IF aşamalarındaki iletişim alıcılarında özellikle kritik olan bir kesintiye neden olur. Op-amps withASIFLT:0).IP3 > 40 dBm[FLT]

Sistem dinamik aralığı ve frekans planı ile ilgili bu parametrelerin dikkatli bir değerlendirme, alıcı duyarlılığının düşük olduğu ortak tuzaklardan kaçınır: yüksek GBP genellikle yüksek güç tüketimi ile gelir ve düşük gürültü, bipolar girişler gerektirir.

AM Signals için Active En Geliştirmektör

Aktif demodülasyonun en basit formu, bir zarf dedektörleri olarak kullanılan hassas bir retifier. Klasik yarı dalga veya tam dalga retifier, bir af-amp etrafında inşa edilmiş bir rezorluluk boşluğun geri çekilmesini sağlar. konfigürasyonu geri bildirim döngüsüne yer alan bir diyot kullanır, olumlu yarı döngüsü sırasındaki girdileri takip etmeye zorlar.

Doğru zarf yeniden inşa edilmesi için, RC zamanı sabiti, taşıyıcıyı geri yüklemeyi izlemek için yeterince kısa olmalıdır. ortak bir kural: [[Dönt:0))[D[Dönder:2|Dönder) RC ⁇ 1/f)[FLT: 5 ), yüksek çözünürlükte 50 mm'lik bir süre boyunca yüksek çözünürlükte bir gecikme süresine kadar.

Pratik bir geliştirme, 2f))'e kadar dalgalanmak için tam dalga aktif bir şekilde yeniden ayarlandığında, bu devre, iki amplifikatöre kadar şarj edilebilir, hem hassas hem de düşük bozulmalara yol açan düşük basınçlar sağlar.

Bir beton örneği için, 5 kHz'nin maksimum ses değiştirici frekansı ile 455 kHz IF taşıyıcısını varsayın. R = 10 kULL ve C = 10 nF, RC = 100 μs (1/10 kHz). Bu, 455 kHz'nin bir kesintisi ile, kalan dalgalanan bir sonraki aktif filtreyi kullanarak kaldırılabilir.

Senkron Demodulation and Lock-In Amplifiers

Modulation formatı baskılanmış bir taşıyıcı içeriyorsa, senkronizasyon sinyali iki kez bir bileşen içeriyor ve düşük frekanslı bir filtre, yerel osilatör fazından istenen sinyale kadar.

Bu teknik, bir kilit yükseltici mimariye genişletilebilir, düşük geçişli filtre aşamasının bir faza duyarlı bir dedektörleri uyguladığını, referans sinyalinin aşamasını ayarlayarak, 100 Hz'ün kestiği son derece küçük sinyalleri ölçebilir - sensör arabirimleri ve bilimsel enstrümantasyon için değerli bir gürültü azaltma yeteneği elde edebilir. Düşük frekanslı filtre aşaması, doğrudan hassas bir müdahalenin zeminini reddetmek gibi sağlam bir filtreyi reddetmek için kilitlenme yeteneğini azaltır.

Uygulamada, kilit yükselteçli bir analog geçiş ile tek bir op-amp kullanır ve elde edilen değişken-dönüşümlü bir yükselteç olarak yapılır.Bu, dinamik bir yedekle uygulanabilir (örneğin, ADG14 ve yüksek hızlı bir şekilde gürültü zemininden 1000 kat daha küçük bir inverting / kesintiye uğrama aşaması olarak ayarlanabilir.

FM Op-Amp-Based Quadrature dedektörleri kullanarak demodulation

Frekans destekli sinyaller genellikle bir faz-dönüşümlü diskriminatör veya dörtlü bir demetle çarpışılır. Aktif bir uygulama, bir ayarlı amplifatör ve faz kayması olarak bir araya gelir. Yüksek-Q resonant ağı, genellikle bir seramik diskriminatör veya LC tank kullanarak, frekansın değiştirilmesini sağlar.

Bir 455 kHz veya 10.7 MHz IF şerit için, bir gyrator olarak yapılandırılan bir fikre sahip bir retorik, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bulunan bir IC filtreye izin vermek gerekirse, bu, otomatik olarak geri bildirim ve özelleştirmelere olanak sağlar.

Pratik bir dörtlü demet, taşıyıcı olarak yaklaşık 45°'lik bir dizi sinyal kaynağı için 90 ° fazı oluşturmak için inşa edilebilir.10.7 MHz IF için, bir dizi RCFLT:2.AD8302[D: 5 ), C = 100 pF) taşıyıcıda yaklaşık 45° sağlar, ancak 90 ° bir dizi sinyale sahip bir dizi sinyale dönüşen bir hata.

Aktif ⁇ ve Frekans Dönüşümü

Superheterodyne alıcılarda, yüksek hızlı bir akorlama ile yapılan bir ses tel sinyalini yerel bir osilatör ile orta frekans oluşturmak için.Bir çift-gate MOSFET veya bir diyot yüzüğü gelenekseldir, ancak yüksek hızlı bir akor ile inşa edilmiş aktif bir mixer, dönüşüm kazanmak yerine dönüşüm kazanabilir.For the op-amp has the lower signal-inverting input receive the RF sinyalini alır, yerel osilatör modülasyon modülünü kazanarak satın alabilir.

Bu tür karıştırıcıları tasarlarken, af-amp'ın lineer girişi aralığı, RF amplitüd olmadan RF amplitüdünü tutar ve yerel osilatör dalgalamadan kaçınmak için temizdir; yerel osilatör ve RF sızıntısı, aşırı sağlanmış lineer kurtarma sorunları olmadan elde etmek için yeterli olmalıdır.For improve lineerlik için, iki rejit kullanarak dengeli bir topolojiyi iki rektörlüplü olarak yapılandırın; bu baskıcı ve RF sızıntıları bastırır.

Aktif bir karıştırıcı da, arsa genişliği ile de uygulanabilir:0)AD835[Dönetici:0) dört aktılı çok basit bir şekilde işlem için, yüksek hızlı bir şekilde bir arsa (Dönder) ile benzer bir işlev sunar.Bu cihaz, diferansiyel ADC'leri sürmek için uygun bir şekilde yapılandırılabilir.

Faz-Locked Loop (PLL) Demodulators

Bir op-amp birçok PLL demodulatördeki hata yükselticisi olarak hizmet eder.Dörtücük çıktı, düşük frekanslı filtrelemeden sonra, bir gerilim kontrollü oscillator (VCO) ve gelen sinyal arasındaki faz farkı gösterir; af-amp bu hata gerilimi ve VCO'yu kolaylaştırır, döngüyü kapatır. FM demodulation için, hata gerilimi doğrudan ayarlanan sinyali döndürür.

Düşük bir gecikme kullanarak, döngü filtresinde yüksek orandaki artış yakalama aralığını geliştirir ve geniş bant FM uygulamalarında en aza indirmek için VCO'yu doğrudan bir bütünleme sinyali ve bir Schmitt tetikleyicisi yapılandırarak, lineer bir üçgen dalgası oluşturmak için kullanabilirsiniz. Sonuç olarak, PLL bloklar içinde neredeyse tamamen inşa edilebilir ve özel bir IC tasarımları sağlar.For PM demodulation, aşamadaki deşifreleme sinyalini doğrudan optimize etmek için tasarlanmıştır.

700'ün üzerinde filtre genellikle 0'lık bir tırma faktörü seçmek ve VCO'nun kazandığı doğal frekansın 10 katın [Dönüşükümlülük frekansına göre) ve faz dedektörü kazanç (K[D[Dönetici) için [Döneticileri:)

Pratik Tasarım Örneği: 10.7 MHz AM En Geliştirme

Tasarım sürecini göstermek için, 10.7 MHz'de bir temel bant genişliği ile bir AM dedektörleri dikkate alın.The taşıyıcı is at 10.7 MHz, require an op-amp with GBP > 100 MHz.TheÜcretsiz:0)OPA847 ()3.9 GHz) overkill, ancak bir yarı dalga testi ile 10.4 inçlik bir filtreyi tek bir diferansiyelle kapatarak (örneğin, BAT54) bir sonraki 10.

OPA847 modeli kullanarak LTspice'deki devreyi iptal edin. 10.7 MHz taşıyıcıyı 10 kHz'de% 10 kHz μFsine düşük bir miktar THD ve 50 mV'nin şarj edilmesi, özel bir zemin uçağı ile dört katmanlı bir PCB'yi kullanın ve şarj cihazını 10 kHz'ye kadar gösterir.

Tasarım Kılavuzu: Bitenme Seçimi ve Layoutout

Op-Amp Selection

30 MHz'e kadar yapılan devreler için, [[0NE5534[Dönetici:0] veya [[Dönetici:2)OPA657 ) düşük gerilim gürültüsü ve yüksek GBP. Daha düşük frekanslar için, [[Dönetici|Dönetici|sağlık|Döneticileri için hala mükemmel bir ses performansı sunar ve pahalıya dayanıklı bir şekilde şarj edilir.

Pasif Bileşenleri

C0G /NP0 Seramik kapasitörler filtre zamanlama kapasitörler için sıcaklık istikrarı sağlamak için kullanın. Metal-film direnişçiler 1/f gürültüyü en aza indirir ve 500 mm'nin üzerindeki özniteliklere sahiptir.

Layoutout

RF izlerini kısa tut ve keskin bir virajlardan kaçın.Parasitik oscillation'ı doğrudan af-amp güç pinlerinde ayırın; ADC gibi karışık-signal IC kullanarak, dönüştürücünün en iyi performansa yakın bir köprüyü kullanın.

Shielding

Yüksek hassasiyete ihtiyaç duyulursa metal bir kalkandaki demodülatörü kapatın ve güç hatları için yem kapasitörler kullanın.Resitic resonances önlemek için yeterince büyük tutun; işletim frekansında yarım dalga uzunluğundaki bir çiftlik süresi tipik bir eşiğidir.Son derece hassas devreler için, iç bölmek için bakır veya alüminyum kutuyu izole etmek için.

Gelişmiş Teknikler ve Gürültü Yönetimi

Aktif demodülatörlerde gürültü rakam sadece kazanç için değil, aynı zamanda bant genişliği şekillendirme için optimize edilebilir. Ayrıntılı bir ses algılama aşamasında yüksek çözünürlükte bir artışla düşük gürültü ve geniş bant genişliğine ulaşır.Bir başka teknik, taşıyıcı frekansına bir gruplama yanıtını oluşturmak için kapasiteye uygun bir geri bildirimdir, örneğin, düşük bant gürültüyü tespit etmeden önce azaltır.

Yüksek dinamik aralık uygulamaları için, otomatik kazanç kontrolü (AGC) döngüleri, çıktıyı yeniden oluşturmak ve değişkenli bir yükselteç yükselticisi ayarlayın.Bu, iyileştirici tasarım kılavuzunu en iyi şekilde korumak için geçerlidir, aşırılık ve bozulmayı önlemek için geçerlidir.AGC zaman sabiti dikkatlice seçilmelidir: çok hızlı bir şekilde modlama ve istenen varyasyonları takip edecektir; ayrıca, aniye dayalı olarak eşitsiz bir şekilde işlem için eşitlemez.

Gürültü eşleştirmesi başka bir gelişmiş tekniktir: af-amp gürültü parametrelerini (e) seçerek, R:12) Kaynaktan yoksunluk, ) = e[FLT: 8|D)[Dönemli bir kaynak için[Dönemli)[Dönemli)[Dönemli)[Düzücükler için[Düzücükler için[Dönemli)

Test ve Sorun Gider

Kalibatörünüzü bir kalibreli sinyal jeneratörü ve bir spektrum analizörü ile karakterize edin. Anahtar performans ölçümleri, toplam harmonik bozulma (THD), sinyal-noise oranı (SNR), ve dinamik aralıkları için, modulatörlere karşı, moderatöre kadar telülasyon frekansına süpürken zarfı ölçmek; RC filtreye katkısı nedeniyle herhangi bir roll-off.In FM demodülatörler için, bilinen bir frekans devretme işlemi uygulayın.For AM demodülatör için uygun sinyal dağılımını kullanın.For akırıcı çıktı.

Ortak konular parasitiğin düzeni nedeniyle salınımtır, yetersiz oran sık sık sık sık sık sık sık çarpıtılmış bir çarpıklık ile kötüleşen bir şekilde sabitlenir ve DC geri bildirimde küçük bir DC geri bildirim döngüsü oluşturabilir.Eğer bir ferrite koymak, bir kaç megaohm, bir girişten düşük güç pimlerine veya 100F'ye kadar küçük bir kapasitör eklemeye çalışır.

Kapsamlı karakterizasyon için, beklenen taşıyıcı frekansı ve yakın bir müdahaleyi ölçmek için bir vektör ağı analizörü kullanın. Her biri ve üçüncü sipariş ürünlerini ölçmek için - en az 60 dB olmalıdır istenen sinyalleri iyi tasarlanmış bir devre için.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Operasyonel yükselteçler, yüksek sadakat, hassas bir devreler için RF alıcı mimarisine sahip olan yüksek çözünürlükte (örneğin, doğrulayıcı tasarım teknikleri kullanarak) uygun şekilde, istemci performanslarını iletişimde yükselten, telemetri ve enstrümantasyon sistemleri ile ilgili olarak, temel ilkelere göre daha fazla işlevsellik geliştirebilen, doğrulayıcı tasarıma dayalı olarak, doğrulayıcı tasarıma dayalı olarak, doğrulayıcıları kullanarak, doğrulayıcıları kullanarak, dinamikleri optimize eden yüksek çözünürlükte bulunan temelleri doğrulayan bir şekilde inceler.