论文研究-基于MAX2829的软件无线电射频前端设计 .pdf

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基于MAX2829的软件无线电射频前端设计,刘哲,陶小峰,针对软件无线电平台对射频前端的配置及扩展性的需求,提出了一种基于MAX2829的射频前端架构,实现了射频前端的电路设计及系统的软��
山国武技记文在 抑制的前提下,采用层层叠结构,分别为、、及 层与 层为走线层,层主要走信号 层主要走低速的数字信号 层为完整的地层,为信号提供完整的回流平面,从而有效抑制。其中单端信 号线做欧阻抗匹配,差分信号线做欧阻抗匹配。各层走线宽度及阻抗大小由 计算得出,图为表层走线设计的软件界面 H1「85m0+a0o85m0「85U Coated Microstrip 1B 17A +/nor 578! 「aC13mmg130m0 12UU+「uUUL「2Uu crate a00001c 「a画 www.polarinstrumertscom 图 表层阻抗设计图 布局 射频器件的布局原则上要使路径尽可能的短,尽量做到按照信号的流向米摆放器件, 除此之外,要将电源、数字、模拟三部分电路在空间上隔开,模拟、数字信号互不交叉, 避免相互间串扰,走直线可以有效的避免震荡与自激。本文设计的射频板器件布局如图 所示 电源设计 该射频前端板上的电源种类有三种,分别是模拟、模拟 数字。由于 模拟信号对电源噪声比较敏感,因此将各模拟器件间的电源进行隔离,同时,避免∫大功率 尜件在切换工作模式过程中产生的电源噪声的影响。此外,各主要器件周围的滤波电容的电 源回路也做到最小,减少了公共地阻抗所产生的干扰。 多天线配置下的时钟设计 单天线模式下,射频前端的参考时钟由本板昌振提供, 内部集成的以晶 振时钟为参考源合成本振频率,内部可由接∏进行配置。多大线情况下,多个收 发器并行工作,所有的接收器必须保持恒定的相对本振相位,需要多个收发器采用同相同频 的参考源。该参考源由 板上的时钟管理芯片统一提供,时钟信号经由连接器传送至 射频前端板卡 软件设计 射频前端自动增益控制模块设计 在软件无线电收发系统当中,无线信号的强度变化会严重影响接收信号的信噪比。自动 增益控制使放大电路的増益自动地随接收信号的强度而调整,从而实现对接收链路信号强度 的自动控制。 山国武技记文在 增益控制执行模块 RF INMUX max2829 max2829 RSSI ADC CMOS FPGA SPI办议 max 2829 obi t Spartan 6 功率检测模块 增益控制决簟模决 图数字自动増益控制环路 本文设计的自动増益控制环路如上图所示,控制环路由三个模块组成,竻一个模块为 接收増益控制执行模块,位于 内部,由两级功率放人器组成,第一级为前置的低 噪声放大器,第级为可变增益放大器 者级联可以最大提供系统增益。 第二个模块是控制环路中的功夲检测模块,由接收信号强度指示值与数模转换器组成 为 内部检波器的模拟输出,其强度大小表征 信号的强弱,二者的关 系在 的数据手册中已给出。模数转换器完成对信号的数字化。第三个模块 是基于 的增益控制决策模块,经采样量化的值作为该决筼模块的输入,经过 内部的增益控制算汯处理,输岀系统的最佳增益值,从而使基带输岀 达到 最佳目标功率。 增益控制执行模块 增益控制模块由前级的低噪敚与后级的可变增益放大器构成,低噪放的增益可配置为 高、中、低三个固定值,分别对应接收机不同的接收灵敏度。后级的可变堦益放大器的增益 动态范围为 ,由比特数字位控制,增益步长为 功率检测模块 为 内部检波器的模拟输岀,与输入信号 的功率线性相关,幅值 从到以 的增长率增长,对应系统的输入信号功率从 连续增 长到 的样量化精度受限于可变増益放大器的凊度,比特的釆样精度 能够满足系统的需求 内部增益控制决策模块 决策模块用于计算系统的最佳增益值,已知后级的最佳驱动功率值为,即射频 前端的目标输出功率。由的当前值经过查表可以得出系统的当前输入信号功率,那 么当前系统的增益设置应满足 工作状态机设计 的工作状态包括:关断、待札、复位、发送接收校准、发送接收。这七 种工作状态分别受控于 的逻辑电平。状态间的转移关系如下图 所示。 是低有效信号,它被置低后收发器进入复位状态,其内部所有寄存器 恢复到默认值。当 被重新置高,基于的状态机完成对 内部寄 山国武技记文在 Standby SPI Write TX/RX ENA V V RX Calibration Calibrate 工作状态机 存器的配置。[置完成,与此同时收发器相应的工作状态位被置位, 才进入 正常的或模式。此外, 还具有 校准模式,可检测不平衡和发 送端的本振泄露。校准模式分别受控于寄存器与寄存器 接口设计 内部寄存器为位,位高有效位()用作寄存器数据位,四位低有 效位()用作奇存器的地址位。数据高位在前低位在后进行传输。传输遵从串行传 输协议,的时序仿真图如图所示。 Name Le data, cut o lE out 图时序仿真图 系统测试 单频测试 发送链路测试 由 内部的产生数字信号,经数模转换后作为射频板的输入。配置 负载电阻使输出信号功率达到 ,以满足 的输入驱动功率。使用罗德施瓦 茨的频谱分析仪 作为接收机。接收机通过射频线缆及衰减器与射频板发射端相 连。频谱仪接收到的频谱如图(左)所示。 山国武技记文在 接收链路测试 以惠普矢量信号发生器 作为射频前端的模拟输入,输入信号的功率设置为 频率为 ,收发器的载波频率配置为 。输入信号经过下变频,数 模转换后传送至 板的 中,利用公司的逻辑分析仪工具 采集的信号进行分析,时域液形如图(右)所示,并对时域信号做。 26/12/ 141535 Ref:: 1. 2 d Bm .REW: 30 kH: SWT: 20ns Trace: Clear/Write i am sa an a BW- 30 kHz T ee fur Detect: Auto Peak ?248331590Hz139cm3 2.494GHz46.5dBm 669341kHz32.6d 圆次a Center: 2.483555556 GH Span: 2 MHz 分率带宽分率带荒副视频带觉 图单频收发频域、时域波形 数据帧测试 在发送链路,由端生成带宽为 的 二进制信号,经过 高速接∏,以 方式传送到基带处理板。基带处坦板进行数据包格式转换后传输至 板 的速率进行数模转换,再由射频前端完成正父调制,将 信号上变频到载波频率由天线发送出去。接收链路与发送链路相反。图(左)中,红色波 形为发端基带时域信号,绿色波形为收端基带时域信号 图 数据帧波形及星座图 接收端接收到的信号以二进制文件的形式存至,通过 对接收到的二进制 数据进行还原,星座图如图(右)所示通过 计算,本前端的接收信噪比为 能够较好的完成数据唢的空口传输。由于在零中频架构中,正交基带信号传翰的支路 存在差异,很难使得两个正交的基带信号很好的匹配,再加上本振信号的相位可能不是严格 正交、无线信道存在冋频及临频干扰等,这些都会对基带信号质量产生影响,这也是本射频 前端需要提升的地方。 山国武技记文在 结论 本文介绍了一种基于 的软件无线电射频前端的设计方案及实现过稈,该射频 前端可以利用频段进行宽带数字数据的传输,并支持多天线切换技术,满足及 等宽带数据的无线传输的需求。此外,该前端还只有集成度高,可配置,灵活扩展的 特性,可以为下一代通信通信协议提供实际的无线信道环境。因此在软件无线电领域中具有 良好的应用前景。 参考文献 楼才义软什无线电原理与应用电子工业出版社 侯延昭陶小峰面向绿色无线通信的基站体系结构中兴通讯技术 周辉基于 的软件无线电板卡研究与实现北京邮电大学 连龙刚徐文宽王保成等高速设计中的问题研究电子技术应用 邵鹏信号电源完整性仿真分析与实践电子工业出版社 杨华陈少昌朱凤波笭高速数字电路中串扰问题的研究与仿真电光与控制 陈建军抗干扰接收机自动增益控制技研究国防科学技术人学

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