Tan Chew Ean, Avago Technologies Malaysia


El Worldwide Interoperability for Microwave Access (WiMAX) es un tipo de acceso inalámbrico de banda ancha (Broadband Wireless Access, BWA) basado en el estándar IEEE 802.16 para Redes Metropolitanas Inalámbricas (MAN inalámbricas). Se puede utilizar en toda una variedad de aplicaciones, entre ellas la conexión de banda ancha en la “última milla “, zonas de cobertura (hotspots) y conexiones celulares, así como conectividad de alta velocidad para empresas.
Una versión fija de WiMAX, IEEE 802.16d, proporciona transmisión sin línea de visión (Non-Line-Of-Sight, NLOS) a dispositivos estacionarios que utilizan frecuencias de 2 a 11 GHz a lo largo de distancias dentro de un alcance de 4 a 6 millas aproximadamente. La versión móvil del estándar, 802.16e, es una extensión de 802.16d para uso móvil en la banda de 2-6 GHz. Permite incorporar la tecnología WiMAX a ordenadores portátiles y otros dispositivos móviles. Estas aplicaciones NLOS y móviles, en las cuales los niveles de la señal recibida puede variar dentro de un rango extremadamente amplio, necesitan receptores que combinen un bajo factor de ruido para la sensibilidad con un amplio rango dinámico para asegurar un servicio fiable a las velocidades de transmisión de los datos que anticipan los usuarios/ abonados.
El preamplificador de bajo ruido (low-noise preamplifier, LNA) de la etapa de entrada establece el factor de ruido de la línea de base y, en gran medida, el rango dinámico total de un
receptor. Mediante el uso de los actuales MMIC pHEMT (Pseudomorphic High Electron Mobility Transistor o Transistor Pseodomórfico de Alta Movilidad de Electrones) de GaAs se pueden proporcionar factores de ruido de 1 dB, pero el suministro de un rango dinámico suficiente puede exigir una difícil tarea de diseño. Una técnica para ampliar sustancialmente las prestaciones del rango dinámico incorpora una etapa de conmutación que puentea automáticamente el amplificador cuando su factor de bajo ruido y ganancia no sean necesarios debido al alto nivel de la señal recibida.

Interruptor de puenteo
Avago Technologies ha aplicado la técnica de desarrollar un amplificador MMIC pHEMT de GaAs (MGA-71543) que incorpora un interruptor de puenteo (bypass) integral, con circuitería externa optimizada para su funcionamiento a bajo ruido. Para el diseñador del receptor, esto representa una solución mucho más sencilla que los diseños que utilizan transistores discretos y componentes de conmutación por separado.
Cuando funcionan en modo de puenteo (seleccionado automáticamente cuando la corriente del dispositivo se reduce suficientemente), entrada y salida se ajustan internamente a través del circuito atenuante que duplica la impedancia de entrada y salida del LNA. El resultado es un mínimo cambio de desajuste del LNA al modo de puenteo, algo muy importante cuando el amplificador se utiliza entre duplexores, filtros o ambos.

Conservación de las prestaciones
La utilización del interruptor de puenteo cuando no se necesita una ganancia elevada ayuda a conservar las prestaciones de intercepción de entrada y reduce el consumo de potencia mediante la reducción de la corriente total hasta cero. La entrada y la salida están parcialmente ajustadas, y sólo se precisa un sencillo inductor en serie/derivador (shunt) para alcanzar el factor de bajo ruido y VSWR en 50 Ω.
Se construyó una tarjeta de demostración del amplificador que utiliza este dispositivo con un material RO4350B de Rogers Corp. con grosor de 10 mil; un material con una constante dieléctrica muy baja (£r = 3,48) y buenas prestaciones a alta frecuencia. Este material está laminado en la parte superior de material de la placa con epoxy reforzado con vidrio convencional FR4 para proporcionar una resistencia mecánica adicional. La Figura 1 muestra el esquema del amplificador de etapa única.
La Tabla 1 muestra las prestaciones en la placa del amplificador cuando éste trabaja a partir de una fuente de 3,3 V y con un consumo de corriente de 10 mA en funcionamiento.

Conexión en cascada
Una de las ventajas del diseño con amplificador de puenteo atenuado integrado es que permite una sencilla conexión en cascada de dos etapas, proporcionando así una flexibilidad mucho mayor (Fig.2). Cuando se utilizan tanto el primero como el segundo amplificador (ninguno está en puenteo), proporciona ganancias superiores a 21 dB con un factor de ruido de aproximadamente 1,2 dB a 3,5 GHz. La pérdida de retorno de entrada y salida es superior a 10 dB y la corriente operativas es de aproximadamente 21 mA.
El puenteo de la segunda etapa reduce la ganancia hasta aproximadamente 6,3 dB y conserva al mismo tiempo las prestaciones de intercepción de entrada (IIP3 de aproximadamente +6 dBm), y reduce el consumo total de corriente a unos 10 mA. Dado que el factor de ruido de la primera etapa domina el factor de ruido total de un amplificador, el factor de ruido resultante es todavía bueno a aproximadamente 1,8 dB.

Menos consumo de corriente
Bajo las condiciones de señal más fuerte, ambas etapas se pueden puentear, lo que da como resultado una atenuación total de aproximadamente 11,4 dB, reduciendo al mismo tiempo el consumo total de corriente hasta casi cero.
Con la optimización del detector y de la circuitería situada a continuación, la utilización de una o de dos etapas del LNA de la etapa de entrada de puenteo atenuado debería representar una técnica efectiva para proporcionar a los receptores WiMAX la capacidad de proporcionar unas prestaciones fiables en vías de transmisión difíciles y variables.