Prisbillig WLAN med "zero-IF"
Carl Andren Elektronik i Norden
12/09/2002 11:40 AM
Dagens generation av människor väntar sig att kunna bli uppkopplade varhelst de bor, arbetar eller reser. WLAN-teknik, wireless local area networking, som bygger på standarderna IEEE 802.11, har lett till ett behov av att mobilt kunna få internet överallt. Trådlösa nät blir allestädes närvarande i och med att man kan få åtkomst via WLAN i både hem och omgivning, i gymnasier och skolor, kaféer, flygplatser, hotell, sjukhus och utställningslokaler.
Populäriteten hos denna mobila uppkoppling tvingar tillverkare att åstadkomma kompakta lösningar som kommer ut i rätt tid på marknaden. Tillverkarna måste bygga in möjligheten till trådlös uppkoppling i sina senaste handdatorer eller annan portabel utrustning.
Intersils lösning inför dessa krav är en ny transceiver som innebär färre antal komponenter, mindre format, lägre effektförbrukning och totalkostnad med bibehållna prestanda. Här har man använt tekniken "zero-IF" i mottagaren, dvs man blandar ned direkt till basbandet till "mellanfrekvensen noll". Likaså blandar man upp direkt i sändaren.
Denna typ av mottagare uppfanns långt innan superheterodynprincipen kom till. Den kallades då "rak" mottagare. Numera talar man om direktblandade mottagare eller homodynmottagare. I åratal har radiokonstruktörerna väntat på att tekniken skulle kunna vidareutvecklas för att ge lämpliga prestanda. Nu har flera företag gjort framsteg som gjort tekniken allmänt tillämpad. Zero-IF förenklar radiokonstruktionen i grunden. Men principen dras med problem som dock kan lösas då de integrerade kretsarna konstrueras. Eftersom man kan utesluta många diskreta komponenter, och ett eller flera steg för nedblandning, kan Zero-IF sänka komponentkostnaderna väsentligt utan avkall på prestanda. Artikeln förklarar problemen, presenterar lösningar på dem samt presenterar en ny produkt.
För- och nackdelar
Zero-IF löser en sak för radiokonstruktörerna, nämligen de många falska frekvenser som man måste ta hänsyn till. Men man löser många små problem och får ett stort på halsen, nämligen den DC-komponent som kan uppstå. Man måste ta hänsyn till såväl termisk drift som yttre omständigheter. Större delen av förstärkningen i en direktblandad mottagare sker i basbandet (video) och man behöver någon form av automatisk förstärkningsreglering, AGC. Ett annat problem är att lokaloscillatorn läcker och kan störa andra mottagare.
Skrämmande utmaningar väntar den konstruktör som skall föra ut en zero-IF-mottagare på marknaden. Inte minst är DC-problemet stort. Det finns dock vissa vågformer som tillåter att man tar bort lite energi runt centerfrekvensen utan att prestanda förloras nämnvärt. Detta tillsammans med utvecklingen inom signalbehandling gör att det till slut har blivit möjligt att skapa integrerade kretsar för zero-IF.
Problemet med dc-offset
När zeroIF-tekniken tillämpas kommer den signal som demoduleras att ligga runt DC och i praktiken bli tillförd en yttre likspänning. Men den signal som skall behandlas tillåts inte innehålla en stor DC-komponent, eftersom det skulle vara omöjligt att urskilja vilken del av DC-komponenten som tillhör signalen.
Det finns vågformer som uppfyller detta kriterium, sådana som bandspridning med direktsekvens, DSSS, direct sequence spread spectrum, som använder undertryckt dubbelt sidband med faskiftnycklad modulation, PSK, phase shift keying. En annan vågform är OFDM, orthogonal frequency division modulation, som inte innehåller någon central bärvåg. Det finns många modulationstyper som inte passar för zero-IF.
Signalen kan variera ca 75 dB i styrka. Den kan vara 30 till 40 dB svagare än den DC-komponent som uppkommer på grund av blandarens inneboende DC-komponent. Det största problemet är att denna likspänning inte är stabil. Den kan variera med tid, med matningsspäning, temperatur och, värst av allt, med de förändringar i förstärkningen som är nödvändiga för att följa signalnivån. Det betyder att en dynamisk DC-kompression behövs för att säkerställa att DC-komponenten inte interfererar med signalen. Ett stort problem är att denna DC-offset kan variera med ett antal yttre influenser.
En sådan är reflexionen av signalen mot en närbelägen yta innan signalen når antennen. Beroende av signalstyrkan och fasvinkeln hos reflexionen, kan DC-komponenten variera avsevärt. Om ytan rör sig finns det såväl en Doppler-komponent som en snabbt varierande fädningskomponent. Ytterligare påverkan från reflekterande ytor sker på stående vågförhållandet, VSWR, voltage standing wave ratio, för själva antennen. Om VSWR ändras på grund av närfältsbelastningen reflekteras signalen tillbaka till blandarsteget, vilket skapar en DC-komponent. Eftersom denna varierar med tiden, måste AC-kopplingen eller återkopplingsslingan för DC ha en brytfrekvens vars respons är snabbare än ändringshastigheten hos den av reflexer orsakade DC-komponenten. Vanligen handlar det om 100 kHz. Svarstiden för denna AC-koppling måste tas med i beräkning för insamlingstiden, speciellt för 802.11a som har en 16 µs "preamble".
Kompensera för DC Det finns rader av varianter som gör zero-IF-konceptet praktiskt genomförbart. I huvudsak tar zero-IF-mottagaren in hela spektrum genom antennen och blandar ned ena sidbandet så att den önskade signalen hamnar på basbandet, dvs zero-IF. Den använder sedan lågpassfilter för att ta bort alla frekvenser utom de intressanta, innan signalen förstärks och detekteras.
Syntesgeneratorn har samma frekvens som den önskade signalen och den nedblandade signalen ligger kring DC. Normalt skall den önskade signalen bearbetas som en DC-signal och måste ha en (relativt) stor DC-offset i blandaren.
Dessutom är basbandssignalen komplex och den har en reell (I) och imagiginär (Q) del. Dessa två signaler kan sträcka sig från mikrovolt till volt och måste förstärkas linjärt med bibehållen relativ amplitud och fas. Det betyder att AGC-kretsen måste kunna ta hand om en stor frekvensändring i två mycket välmatchade AGC-förstärkare.
AC-kopplad zero-IF
Om RF-signalen är modulerad med DSSS eller OFDM kan basbandssignalen AC-kopplas och man kan också använda AC-kopplade förstärkare. Detta tar bort problemen med zero-IF. En svårighet med denna konstruktion är att man behöver fler diskreta komponenter och att signalen måste gå ut och in från chippet för varje steg. Att integrera kondensatorerna är inte möjligt, eftersom de tar alltför stor plats. Om förförstärkaren, blandaren, lågpassfiltret och AGC-förstärkaren alla finns på samma chip, och om signalen är differentiell och balanserad, måste 8 ben och 4 kondensatorer användas för varje AC-kopplat steg. Med denna metod behövs det åtminstone två AV-kopplade steg.
DC-kopplad zero-IF
Balansering av DC-komponenten kan åstadkommas antingen med hjälp av kondensatorer, som visades tidigare, eller med hjälp av DC-återkoppling. I vartdera fallet får man en högpasskarakteristik. Fördelen med DC-motkoppling är att signalen aldrig behöver gå utanför chippet och att inga diskreta kondensatorer behövs.
Ett typiskt spektrum innehåller många signaler med stort varierande amplituder. Detta gör det nödvändigt att ha ett stort dynamiskt område för mottagarens ingångssteg. Den önskade signalen kan vara mycket låg eller kan den vara hög inom detta spektrum. Alla signalbehandling måste kunna ta hand om en hel uppsättning signaler innan bandbredden reducerats för att bara släppa igenom de önskade signalerna. Därefter behövs bara dessa signalers dynamiska område. Begränsning av signalernas amplitud leder till att fas- och frekvenskarakteristiken förstörs. Eftersom basbandssignalerna behöver linjär förstärkning, måste detta åstadkommas med en passande uppsättning av I- och Q-förstärkare med en förstärkningsreglering som följer signalerna.
Ytterligare hänsyn
Eftersom zero-IF-mottagaren inte har något mellanfrekvenssteg (IF) finns det inga grundläggande begränsningar i att låta mottagaren täcka ett stort frekvensområde. Den största begränsningen ligger i bandbredden hos förselektionsfiltret och i förstärkarstegen för RF, samt i avstämningsområdet för oscillatorn. Med detta i åtanke kan zero-IF-mottagare enkelt fås att täcka flera band.
Användningen av integrerad kretsteknologi gör att förstärkarna kan matchas till varandra för att praktiskt kunna sköta AGC-regleringen. Dessa förstärkare måste matchas i förstärkning och fas över ett stort kontrollområde. Förutom detta måste förstärkningsregleringen vara mycket snabb vid paketkommunikation. T ex har IEEE802.11a en "preamble"-längd av 16 µs och inom den måste såväl AC- som DC-kompensering hinna ske.
Krav på lågpassfiltret
Lågpassfiltret ensamt får svara för kanalselektivitet i en zero-IF-mottagare. Det betyder inte att det inte behövs något förselektionsfilter, men att detta är alldeles för brett för att kunna filtrera bort grannkanalen. Lågpassfiltret måste också ta hand om LO- och RF-signaler som läcker ut från blandaren. Till exempel skall lågpassfiltret för 802.11a släppa igenom signaler upp till 8 MHz men spärra läckaget kring 5,3 GHz. Detta ligger nästan potenser högre, så om delar självsvänger under denna frekvens kommer ett 5-poligt Butterworth-filter inte att uppfylla teoretisk undertryckning. Om filtret är aktivt kommer det att ha ett förstärkningselement med viss förstärknings-bandbreddsprodukt. Om de läckande signalerna ligger vid, eller ovanför, förstärknings-bandbreddsprodukten för förstärkaren, kommer inte filtret att ha önskat svar. Till det kommer att om starka signaler skall undertryckas, och om de ligger ovanför gränsen för förstärkarens spänningsderivata, slew rate, blir resultatet hög distorsion och intermodulation. Därför blir det nödvändigt att lägga in ett filter av passiva, diskreta komponenter eller en kombination av passiva och aktiva komponenter.
AGC kontra A/D-upplösning
Utgångssignalen från lågpassfiltret kommer att innehålla önskad signal och brus, liksom rester från signaler utanför kanalen. I det renodlade zero-IF-fallet dominerar den önskade signalen och ingen ytterligare filtrering behövs. Denna önskade signal kan ha nivåer alltifrån -95 till -20 dBm (från antennen) vilket betyder att 75 dB dynamik krävs. Det kan göras antingen genom att använda en 18 bit A/D-omvandlare utan förförstärkare eller genom att ha en 60 dB AGC-förstärkare och en 80 dB A/D-omvandlare. Här får man göra en avvägning mellan svårigheten att skapa en A/D-omvandlare med många bitars upplösning och att uppfylla kravet på en balanserad AGC-förstärkare. Om ytterligare filtrering behövs efter A/D-omvandlingen, måste det utökade dynamiska området uppnås med hjälp av fler bitars upplösning i A/D-omvandlaren. En kompromiss kan uppnås mellan dessa lägen där fler bitars A/D-upplösning används för att befria AGC-förstärkaren från hela sin börda och för att också minska kraven på filtrering före A/D-omvandlaren.
AGC-förstärkaren arbetar på basbandet, så de finns i I- och Q-passagerna, vilket gör att de måste ha samma egenskaper. Det betyder att de måste styras tillsammans och måste följa varandra över hela reglerområdet inom 1 dB, eller så. Fasvridningen för dessa filter måste också matchas över hela kontrollområdet, men detta är inte ett alltför strängt krav eftersom de kan vara mycket bredbandigare ä signalen.
Prestanda för zero-IF
I vissa avseenden kan en zero-IF-mottagare konkurrera ut en superheterodynmottagare. Den har inga ytvågsfilter som kan bidra till grupplöptidsdistorsion, men å andra sidan betyder det att man inte får samma grad av grannkanaldämpning som ytvågsfiltren kan ge. Dessutom ger zero-IF-mottagare mycket färre falska frekvenser, förutom en enda stor, nämligen DC-komponenten. Effektförbrukningen är litet högre eftersom avancerad kretsteknologi behövs för att motverka problemen i zero-IF-mottagare.
Lägre kostnad, mindre format
Intersil har med sin nya kretsfamilj Prism 3 lyckats reducera antalet komponenter för ett WLAN och därtill minskat konstruktionens storlek jämfört med den tidigare generationen Prism 2,5. Den totala komponentkostnaden och den erforderliga kretskortsytan är lägre. Dessutom är det nu möjligt att använda ett enkel- i stället för ett dubbelsidigt kretskort. Fig 3 visar hur få komponenter som behövs. En variant, för 802.11g visas i fig 4. Konstruktionen ger nödvändig I/Q-förstärkning och fasbalans i zero-IF-teknologi för att ge tillräckligt hög EVM och SNR för OFDM och 54 Mbit/s datahastighet.
Dubbla band
Den sista utmaningen är att åstadkomma en dubbelbands radio. I det här fallet kompletterar 2,4 och 5,2 GHz varandra. Detta skapar en färdig väg för kommande uppgradering och ger tillgång till många fler användbara kanaler. Visserligen är vågutbredningen på 5 GHz inte lika gynnsam som på 2,4 GHz, men spektrum är i alla fall mycket renare. Det betyder att en dubbelbandsradio antingen kan delta i nät på vartdera bandet, vart och ett för sig, eller möjligen delta i båda banden dynamisk allt efter förutsättningarna.
Generellt sett är det bäst att ha ett filter så nära efter antennen som möjligt. Om mottagaren måste täcka ett band av frekvenser, betyder det att filtret för förselektion måste ha denna bandbredd. Om mottagaren måste täcka två separata band, så som i ISM plus UNII, kan mottagaren antingen kopplas om mellan dessa filter för vartdera bandet, eller så kan filtret delas upp i två passband. Tvåbandsproblemet kräver också att syntesgeneratorn kan kopplas om mellan dessa två band. För att koppla om från UNII- till ISM-banden krävs det att syntesgeneratorn kan avstämmas över ett stort frekvensområde utan omkoppling. Detta kan åstadkommas av en switch som kopplar om en kondensator eller induktor i VCO-kretsen.
Ingen spegelfrekvens
En mottagare av typen zero-IF ger inga problem med spegelfrekvens, så den kan teoretiskt hantera flera oktavers bandbredd hos ingångsfiltret. Praktiskt sett gör detta att mottagarens krav på dynamik svårare kan uppnås, eftersom man får högre signalenergi och dessutom övertoner inom bandet. Det innebär att mycket små intermodulationsprodukter kan existera inom ingångens band.
Dubbelbandslösningar kräver också en innovativ antennteknik på det välmatade PCMCIA-kortet.
Framtidens WLAN arbetar på två band, där man drar nytta av bättre räckvidd på 2,4 GHz i kombination med ett renare band på 5 GHz. Det ger bästa tillgänglighet i överföringslänken och en rimlig väg för uppgradering.
Carl Andren Intersil Corporation
http://www.eetimes.eu/scandinavia/showArticle.jhtml?articleID=19501020&queryText=eftersom
Carl Andren Elektronik i Norden
12/09/2002 11:40 AM
Dagens generation av människor väntar sig att kunna bli uppkopplade varhelst de bor, arbetar eller reser. WLAN-teknik, wireless local area networking, som bygger på standarderna IEEE 802.11, har lett till ett behov av att mobilt kunna få internet överallt. Trådlösa nät blir allestädes närvarande i och med att man kan få åtkomst via WLAN i både hem och omgivning, i gymnasier och skolor, kaféer, flygplatser, hotell, sjukhus och utställningslokaler.
Populäriteten hos denna mobila uppkoppling tvingar tillverkare att åstadkomma kompakta lösningar som kommer ut i rätt tid på marknaden. Tillverkarna måste bygga in möjligheten till trådlös uppkoppling i sina senaste handdatorer eller annan portabel utrustning.
Intersils lösning inför dessa krav är en ny transceiver som innebär färre antal komponenter, mindre format, lägre effektförbrukning och totalkostnad med bibehållna prestanda. Här har man använt tekniken "zero-IF" i mottagaren, dvs man blandar ned direkt till basbandet till "mellanfrekvensen noll". Likaså blandar man upp direkt i sändaren.
Denna typ av mottagare uppfanns långt innan superheterodynprincipen kom till. Den kallades då "rak" mottagare. Numera talar man om direktblandade mottagare eller homodynmottagare. I åratal har radiokonstruktörerna väntat på att tekniken skulle kunna vidareutvecklas för att ge lämpliga prestanda. Nu har flera företag gjort framsteg som gjort tekniken allmänt tillämpad. Zero-IF förenklar radiokonstruktionen i grunden. Men principen dras med problem som dock kan lösas då de integrerade kretsarna konstrueras. Eftersom man kan utesluta många diskreta komponenter, och ett eller flera steg för nedblandning, kan Zero-IF sänka komponentkostnaderna väsentligt utan avkall på prestanda. Artikeln förklarar problemen, presenterar lösningar på dem samt presenterar en ny produkt.
För- och nackdelar
Zero-IF löser en sak för radiokonstruktörerna, nämligen de många falska frekvenser som man måste ta hänsyn till. Men man löser många små problem och får ett stort på halsen, nämligen den DC-komponent som kan uppstå. Man måste ta hänsyn till såväl termisk drift som yttre omständigheter. Större delen av förstärkningen i en direktblandad mottagare sker i basbandet (video) och man behöver någon form av automatisk förstärkningsreglering, AGC. Ett annat problem är att lokaloscillatorn läcker och kan störa andra mottagare.
Skrämmande utmaningar väntar den konstruktör som skall föra ut en zero-IF-mottagare på marknaden. Inte minst är DC-problemet stort. Det finns dock vissa vågformer som tillåter att man tar bort lite energi runt centerfrekvensen utan att prestanda förloras nämnvärt. Detta tillsammans med utvecklingen inom signalbehandling gör att det till slut har blivit möjligt att skapa integrerade kretsar för zero-IF.
Problemet med dc-offset
När zeroIF-tekniken tillämpas kommer den signal som demoduleras att ligga runt DC och i praktiken bli tillförd en yttre likspänning. Men den signal som skall behandlas tillåts inte innehålla en stor DC-komponent, eftersom det skulle vara omöjligt att urskilja vilken del av DC-komponenten som tillhör signalen.
Det finns vågformer som uppfyller detta kriterium, sådana som bandspridning med direktsekvens, DSSS, direct sequence spread spectrum, som använder undertryckt dubbelt sidband med faskiftnycklad modulation, PSK, phase shift keying. En annan vågform är OFDM, orthogonal frequency division modulation, som inte innehåller någon central bärvåg. Det finns många modulationstyper som inte passar för zero-IF.
Signalen kan variera ca 75 dB i styrka. Den kan vara 30 till 40 dB svagare än den DC-komponent som uppkommer på grund av blandarens inneboende DC-komponent. Det största problemet är att denna likspänning inte är stabil. Den kan variera med tid, med matningsspäning, temperatur och, värst av allt, med de förändringar i förstärkningen som är nödvändiga för att följa signalnivån. Det betyder att en dynamisk DC-kompression behövs för att säkerställa att DC-komponenten inte interfererar med signalen. Ett stort problem är att denna DC-offset kan variera med ett antal yttre influenser.
En sådan är reflexionen av signalen mot en närbelägen yta innan signalen når antennen. Beroende av signalstyrkan och fasvinkeln hos reflexionen, kan DC-komponenten variera avsevärt. Om ytan rör sig finns det såväl en Doppler-komponent som en snabbt varierande fädningskomponent. Ytterligare påverkan från reflekterande ytor sker på stående vågförhållandet, VSWR, voltage standing wave ratio, för själva antennen. Om VSWR ändras på grund av närfältsbelastningen reflekteras signalen tillbaka till blandarsteget, vilket skapar en DC-komponent. Eftersom denna varierar med tiden, måste AC-kopplingen eller återkopplingsslingan för DC ha en brytfrekvens vars respons är snabbare än ändringshastigheten hos den av reflexer orsakade DC-komponenten. Vanligen handlar det om 100 kHz. Svarstiden för denna AC-koppling måste tas med i beräkning för insamlingstiden, speciellt för 802.11a som har en 16 µs "preamble".
Kompensera för DC Det finns rader av varianter som gör zero-IF-konceptet praktiskt genomförbart. I huvudsak tar zero-IF-mottagaren in hela spektrum genom antennen och blandar ned ena sidbandet så att den önskade signalen hamnar på basbandet, dvs zero-IF. Den använder sedan lågpassfilter för att ta bort alla frekvenser utom de intressanta, innan signalen förstärks och detekteras.
Syntesgeneratorn har samma frekvens som den önskade signalen och den nedblandade signalen ligger kring DC. Normalt skall den önskade signalen bearbetas som en DC-signal och måste ha en (relativt) stor DC-offset i blandaren.
Dessutom är basbandssignalen komplex och den har en reell (I) och imagiginär (Q) del. Dessa två signaler kan sträcka sig från mikrovolt till volt och måste förstärkas linjärt med bibehållen relativ amplitud och fas. Det betyder att AGC-kretsen måste kunna ta hand om en stor frekvensändring i två mycket välmatchade AGC-förstärkare.
AC-kopplad zero-IF
Om RF-signalen är modulerad med DSSS eller OFDM kan basbandssignalen AC-kopplas och man kan också använda AC-kopplade förstärkare. Detta tar bort problemen med zero-IF. En svårighet med denna konstruktion är att man behöver fler diskreta komponenter och att signalen måste gå ut och in från chippet för varje steg. Att integrera kondensatorerna är inte möjligt, eftersom de tar alltför stor plats. Om förförstärkaren, blandaren, lågpassfiltret och AGC-förstärkaren alla finns på samma chip, och om signalen är differentiell och balanserad, måste 8 ben och 4 kondensatorer användas för varje AC-kopplat steg. Med denna metod behövs det åtminstone två AV-kopplade steg.
DC-kopplad zero-IF
Balansering av DC-komponenten kan åstadkommas antingen med hjälp av kondensatorer, som visades tidigare, eller med hjälp av DC-återkoppling. I vartdera fallet får man en högpasskarakteristik. Fördelen med DC-motkoppling är att signalen aldrig behöver gå utanför chippet och att inga diskreta kondensatorer behövs.
Ett typiskt spektrum innehåller många signaler med stort varierande amplituder. Detta gör det nödvändigt att ha ett stort dynamiskt område för mottagarens ingångssteg. Den önskade signalen kan vara mycket låg eller kan den vara hög inom detta spektrum. Alla signalbehandling måste kunna ta hand om en hel uppsättning signaler innan bandbredden reducerats för att bara släppa igenom de önskade signalerna. Därefter behövs bara dessa signalers dynamiska område. Begränsning av signalernas amplitud leder till att fas- och frekvenskarakteristiken förstörs. Eftersom basbandssignalerna behöver linjär förstärkning, måste detta åstadkommas med en passande uppsättning av I- och Q-förstärkare med en förstärkningsreglering som följer signalerna.
Ytterligare hänsyn
Eftersom zero-IF-mottagaren inte har något mellanfrekvenssteg (IF) finns det inga grundläggande begränsningar i att låta mottagaren täcka ett stort frekvensområde. Den största begränsningen ligger i bandbredden hos förselektionsfiltret och i förstärkarstegen för RF, samt i avstämningsområdet för oscillatorn. Med detta i åtanke kan zero-IF-mottagare enkelt fås att täcka flera band.
Användningen av integrerad kretsteknologi gör att förstärkarna kan matchas till varandra för att praktiskt kunna sköta AGC-regleringen. Dessa förstärkare måste matchas i förstärkning och fas över ett stort kontrollområde. Förutom detta måste förstärkningsregleringen vara mycket snabb vid paketkommunikation. T ex har IEEE802.11a en "preamble"-längd av 16 µs och inom den måste såväl AC- som DC-kompensering hinna ske.
Krav på lågpassfiltret
Lågpassfiltret ensamt får svara för kanalselektivitet i en zero-IF-mottagare. Det betyder inte att det inte behövs något förselektionsfilter, men att detta är alldeles för brett för att kunna filtrera bort grannkanalen. Lågpassfiltret måste också ta hand om LO- och RF-signaler som läcker ut från blandaren. Till exempel skall lågpassfiltret för 802.11a släppa igenom signaler upp till 8 MHz men spärra läckaget kring 5,3 GHz. Detta ligger nästan potenser högre, så om delar självsvänger under denna frekvens kommer ett 5-poligt Butterworth-filter inte att uppfylla teoretisk undertryckning. Om filtret är aktivt kommer det att ha ett förstärkningselement med viss förstärknings-bandbreddsprodukt. Om de läckande signalerna ligger vid, eller ovanför, förstärknings-bandbreddsprodukten för förstärkaren, kommer inte filtret att ha önskat svar. Till det kommer att om starka signaler skall undertryckas, och om de ligger ovanför gränsen för förstärkarens spänningsderivata, slew rate, blir resultatet hög distorsion och intermodulation. Därför blir det nödvändigt att lägga in ett filter av passiva, diskreta komponenter eller en kombination av passiva och aktiva komponenter.
AGC kontra A/D-upplösning
Utgångssignalen från lågpassfiltret kommer att innehålla önskad signal och brus, liksom rester från signaler utanför kanalen. I det renodlade zero-IF-fallet dominerar den önskade signalen och ingen ytterligare filtrering behövs. Denna önskade signal kan ha nivåer alltifrån -95 till -20 dBm (från antennen) vilket betyder att 75 dB dynamik krävs. Det kan göras antingen genom att använda en 18 bit A/D-omvandlare utan förförstärkare eller genom att ha en 60 dB AGC-förstärkare och en 80 dB A/D-omvandlare. Här får man göra en avvägning mellan svårigheten att skapa en A/D-omvandlare med många bitars upplösning och att uppfylla kravet på en balanserad AGC-förstärkare. Om ytterligare filtrering behövs efter A/D-omvandlingen, måste det utökade dynamiska området uppnås med hjälp av fler bitars upplösning i A/D-omvandlaren. En kompromiss kan uppnås mellan dessa lägen där fler bitars A/D-upplösning används för att befria AGC-förstärkaren från hela sin börda och för att också minska kraven på filtrering före A/D-omvandlaren.
AGC-förstärkaren arbetar på basbandet, så de finns i I- och Q-passagerna, vilket gör att de måste ha samma egenskaper. Det betyder att de måste styras tillsammans och måste följa varandra över hela reglerområdet inom 1 dB, eller så. Fasvridningen för dessa filter måste också matchas över hela kontrollområdet, men detta är inte ett alltför strängt krav eftersom de kan vara mycket bredbandigare ä signalen.
Prestanda för zero-IF
I vissa avseenden kan en zero-IF-mottagare konkurrera ut en superheterodynmottagare. Den har inga ytvågsfilter som kan bidra till grupplöptidsdistorsion, men å andra sidan betyder det att man inte får samma grad av grannkanaldämpning som ytvågsfiltren kan ge. Dessutom ger zero-IF-mottagare mycket färre falska frekvenser, förutom en enda stor, nämligen DC-komponenten. Effektförbrukningen är litet högre eftersom avancerad kretsteknologi behövs för att motverka problemen i zero-IF-mottagare.
Lägre kostnad, mindre format
Intersil har med sin nya kretsfamilj Prism 3 lyckats reducera antalet komponenter för ett WLAN och därtill minskat konstruktionens storlek jämfört med den tidigare generationen Prism 2,5. Den totala komponentkostnaden och den erforderliga kretskortsytan är lägre. Dessutom är det nu möjligt att använda ett enkel- i stället för ett dubbelsidigt kretskort. Fig 3 visar hur få komponenter som behövs. En variant, för 802.11g visas i fig 4. Konstruktionen ger nödvändig I/Q-förstärkning och fasbalans i zero-IF-teknologi för att ge tillräckligt hög EVM och SNR för OFDM och 54 Mbit/s datahastighet.
Dubbla band
Den sista utmaningen är att åstadkomma en dubbelbands radio. I det här fallet kompletterar 2,4 och 5,2 GHz varandra. Detta skapar en färdig väg för kommande uppgradering och ger tillgång till många fler användbara kanaler. Visserligen är vågutbredningen på 5 GHz inte lika gynnsam som på 2,4 GHz, men spektrum är i alla fall mycket renare. Det betyder att en dubbelbandsradio antingen kan delta i nät på vartdera bandet, vart och ett för sig, eller möjligen delta i båda banden dynamisk allt efter förutsättningarna.
Generellt sett är det bäst att ha ett filter så nära efter antennen som möjligt. Om mottagaren måste täcka ett band av frekvenser, betyder det att filtret för förselektion måste ha denna bandbredd. Om mottagaren måste täcka två separata band, så som i ISM plus UNII, kan mottagaren antingen kopplas om mellan dessa filter för vartdera bandet, eller så kan filtret delas upp i två passband. Tvåbandsproblemet kräver också att syntesgeneratorn kan kopplas om mellan dessa två band. För att koppla om från UNII- till ISM-banden krävs det att syntesgeneratorn kan avstämmas över ett stort frekvensområde utan omkoppling. Detta kan åstadkommas av en switch som kopplar om en kondensator eller induktor i VCO-kretsen.
Ingen spegelfrekvens
En mottagare av typen zero-IF ger inga problem med spegelfrekvens, så den kan teoretiskt hantera flera oktavers bandbredd hos ingångsfiltret. Praktiskt sett gör detta att mottagarens krav på dynamik svårare kan uppnås, eftersom man får högre signalenergi och dessutom övertoner inom bandet. Det innebär att mycket små intermodulationsprodukter kan existera inom ingångens band.
Dubbelbandslösningar kräver också en innovativ antennteknik på det välmatade PCMCIA-kortet.
Framtidens WLAN arbetar på två band, där man drar nytta av bättre räckvidd på 2,4 GHz i kombination med ett renare band på 5 GHz. Det ger bästa tillgänglighet i överföringslänken och en rimlig väg för uppgradering.
Carl Andren Intersil Corporation
http://www.eetimes.eu/scandinavia/showArticle.jhtml?articleID=19501020&queryText=eftersom
Kommentarer(0)
2009-09-08 22:04
Inga kommentarer:
Skicka en kommentar