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宽带射频收发器学习笔记
来源:Arrow 发布:2022/09/19 浏览量:389

射频(RF)是Radio Frequency的缩写,表示可以辐射到空间的电磁频率,频率范围从300Khz~300Ghz之间。目前射频技术的应用已经遍及通信、测试与测量、仪器仪表,工业等诸多场景。针对不同应用、不同的频谱与带宽要求也不同,随着射频技术的普及,对更高带宽的需求永无止境。

射频(RF)是Radio Frequency的缩写,表示可以辐射到空间的电磁频率,频率范围从300Khz~300Ghz之间。目前射频技术的应用已经遍及通信、测试与测量、仪器仪表,工业等诸多场景。针对不同应用、不同的频谱与带宽要求也不同,随着射频技术的普及,对更高带宽的需求永无止境。

 

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常规的无线电架构如下图:

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常见术语介绍
 
1. 数字调制,S=I+jQ
将信源产生的信号变换成适合于信道传输的信号的过程就称为调制。用数据信号控制载波信号的参量变化,这种调制方式称为数字调制。
2. 误差矢量幅度(EVM)
通信标准规定了误差矢量幅度的RMS值 ,大多数器件为-35至-30dB。该参数是RF系统总体质量指标。RF放大器的缺陷(非线性压缩、交调、噪声)也都会影响器件整体动态范围与性能。图片
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3. 本振频率
接收机中有一个振荡器叫本机振荡器。它产生的高频电磁波与所接收的高频信号混合而产生一个差频,这个差频就是中频。如要接收的信号是900KHZ.本振频率是1365KHZ.两频率混合后就可以产生一个465KHZ或者2265KHZ的差频。接收机中用LC电路选择465KHZ作为中频信号。当本振频率高于信号频率时(本振频率比信号频率高一个中频),称为高本振,而当本振频率低于信号频率时(本振频率比信号频率低一个中频)就称为低本振。本振信号的缺陷会直接影响整体性能(参考漂移、VCO漂移、抖动)。
 
4. I路和Q路信号
通信的信号处理中,输入的信号需要分成两路(I路和Q路),也被称作为正交调制信号。通常射频信号需要将低频的基带信号搬移到高频的载波信号上进行传输,传统方式是通过一个乘法器,将信号和载波进行相乘,实现频谱搬移。但在滤波的过程中很难滤除另外一个频率,所以采用I/Q两路信号可以降低采样率,方便将信号采用复数信号的形式(z=a+bi),降低对ADC的要求,节省开发和成品的成本,很好的保留原始信号的相位信息。
 
5. RSSI
接收信号强度指示器(RSSI)是自动增益控制、接口增益控制、宽带和窄带应用中的信号检测以及监督模式功能的检测要素的核心。
 
目前主要的变频方案有下面三类,各类优缺点如下:
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什么是零中频架构?
 
传统的调制解调方式是无线电信号RF(射频)进入天线,转换为IF(中频),再转换为基带(I,Q信号)。而零中频就是信号直接由RF变到基带,不经过中频的调制解调方法。具有体积小、功耗低、便于集成等优点,将信号分为实部与虚部传输,降低的基带的资源损耗,提高了频谱利用率,由于没有中频,降低滤波器设计难度,由于信号传输分为正交差分传输,减小共模干扰。但是也存在一些缺陷。
 
1. 本振泄露
零中频方案中射频与本振频率相等,如果射频与本振之间隔离不好,本振信号通过内部直接馈通至射频,泄漏的本振与本振混频,混频出直流信号叠加到基带信号中,造成信号解调的失真。发射本振泄露(发射LOL)是需要克服的问题,未校正的发射LOL会再所需发射范围内产生无用发射,造成潜在的系统规范的风险。
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2. 直流偏移
 
零中频方案存在的另一个缺陷是直流偏移(DC-offset),直流偏移主要由本振泄漏、电路干扰引起。直流偏移会叠加在基带信号中,对基带造成干扰,同时直流偏移可能会导致电路饱和,无法放大,造成EVM指标的恶化。
 
3. 幅度相位的不平衡
 
由于硬件电路的偏差,基带信号经过硬件电路的DA/AD的变化、放大会出现幅度与相位的偏差,I/Q两路电路结构上的差异带来的幅度不平衡及相位不平衡,在频域上表现为镜像,纯零中频镜像的位臵与信号重叠,镜像的存在极大的恶化了系统的性能指标。目前解决方案是采用迭代算法,产生反向偏移,抵消幅度与相位不平衡产生的镜像干扰。
 
ADI宽带收发器产品介绍
 
ADI将射频前端所需的各种器件集成在单芯片中,集成度更高,可靠性更强,减少从产品研发到产品量产的时间。在极低功耗下支持多种频段和通信协议。这些器件提供行业较佳的连接性和可靠性。
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下面列举了目前ADI的收发器产品
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接下来,重点介绍新一代收发器ADRV9029。
 
特点
 
  • 四通道发射器、四通道接收器和两个观察接收器(每个都具有2个 输入)
  • TDD和FDD的单芯片解决方案,可简化硬件和软件开发
TDD:时分双工(Time Division Duplexing),收发共用一个射频频点,上、下行链路使用不同的时隙来进行通信
FDD:频分双工(Frequency Division Duplexing),收发使用不同的射频频点来进行通信
FDD的速率会高于TDD且FDD比TDD能提供更好的覆盖
  • 调谐范围:75 MHz至6 GHz
  • 模拟带宽:200 MHz接收器、450 MHz合成发射器和450 MHz观测接收器
  • 接口支持最高速率的24.33 Gbps JESD204B/C
  • 功耗:6.4 W
  • 封装:14 × 14 BGA
     
优势
 
  • 行业功耗较低的 4T4R无线电:通过零中频架构 + 集成数字前端(DFE) / 波峰因子折减(CFR)引擎+简化散热器设计,每个4T4R收发器共节省6.85W功率。
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  • 较低系统成本:无需前端BOM元器件, JESD线路数量为原来的二分之一,简化了板布局,FPGA中的处理减少,实现了更低的成本。
     
  • 较低的系统重量:C频段中的无线电协同定位问题与使用3-4GSPS的RF CVT相比零中频架构可帮助降低75dB滤波。
 
软件部分特点
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1. 支持快速跳频
跳频是扩频技术的一种;经由载波快速在不同频率中切换,并在接收与发射端使用一种虚拟随机的过程。快跳频是指跳频速率高于信息比特率,即一个信息比特需要多跳来传输。特点如下:
  • 标准快至<20us
  • 30MHz至6GHz范围内的动态射频加载
  • 频率可以即时加载
  • 能够存储2个多达64个频率的表
  • 对TRx数据路径、Rx增益和Tx衰减的实时GPIO控制
  • 变迁和驻留时间是可配置的,支持双跳能力
 
2. Rx校准
  • 初始校准:系统 (PLL) 、Rx通道(DAC、ADC、直流偏移)、API函数
  • 跟踪校准:RX/ORx校准(AGC、BBDC、RFDC)
 
3. Tx校准
  • 初始校准:系统 (PLL) 、Tx通道(QEC、LOL) 、API函数
  • 跟踪校准:Tx校准(LOL、DPD)
 
4. 数字预失真(DPD)
其用于提高功率放大器的效率。通过减少功率放大器在其非线性区运行时产生的失真,功率放大器的效率可得到大幅提升。不使用 CFR 或 DPD 算法的无线基站通常效率较低,因此运营和资金设备成本也较高。一个输出 WCDMA 波形的典型 AB 类 LDMOS 功率放大器的效率约为 15-20%。利用 CFR 和 DPD 算法,效率可提升至 40%,从而大幅降低网络运营商的资本支出和运营支出。
 
以上为目前射频部分宽带收发器的一些基础知识介绍,后续还有宽带收发器的开发和评估方式、如何上手、硬件准备 (评估板+ 匹配的FPGA板)、软件准备(Windows GUI/API/固件)、设计工具ADIsimRF信号链计算工具等等,更多的内容可以参考ADRV9029_ADRV9026 EngineerZone® 论坛或者与艾睿电子当地技术支持联系。

 

ADI 射频
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