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AD9361和AD9371收发器,该如何选择?

发布时间:19-09-28 阅读:997

镜像抑制根基常识

AD9361和AD9371系列均应用零中频(亦称为zero-IF或ZIF)架构实现极高的集成度并显明削减系统中频率相关组件的数量。如图1中的AD9371功能框图所示,主接管旌旗灯号路径和主发送旌旗灯号路径应用一个复数混频器级,在以本振 (LO) 频率为中间的射频 (RF) 和以直流为中间的基带之间进行转换。

图1. RadioVerse AD9371收发器功能框图

只管凭借这样的高集成度供给了许多上风,但ZIF无线电器件也带来了寻衅。复数混频用具有同相 (I) 旌旗灯号和正交相 (Q) 旌旗灯号。一旦这些旌旗灯号的相位或幅度呈现任何不匹配,组合上变频的I旌旗灯号和Q旌旗灯号时会导致乞降和打消机能下降。上面引用的文章中描述了这一点。当发送所需旌旗灯号时,不完美的打消会导致在该旌旗灯号本振 (LO) 频率的相反侧呈现该旌旗灯号的反相副本。这一旌旗灯号副本被称为镜像,与其对应的所需旌旗灯号比拟,幅度更小。同样,当接管所需旌旗灯号时,所需旌旗灯号的反相副本会呈现在该旌旗灯号直流的相反侧。在其他架构(例如超外差架构)中,可以在中心级进行镜像滤波。ZIF架构的主要上风是去除了这些滤波器和中心混频器级,但这必要极佳的I和Q平衡才能将镜像幅度低落到可吸收水平。

图2中颠末简化的接管旌旗灯号路径示意图显示了这些不匹配与∆A、∆fC和∆φ指定的不匹配发生的位置。只有一条路径显示掉配的相位,由于它是形成镜像的旌旗灯号路径之间的不平衡,而不是旌旗灯号路径的绝对增益和相位。是以,在一条路径中显示所有不平衡身分,这在数学上是精确的。图2所示的复数混频器也称为正交混频器,由于供给给混频器的两个LO旌旗灯号彼此正交。

图2. 颠末简化显示旌旗灯号损伤的正交代收器旌旗灯号路径

图3例示了应用单音或继续波 (CW) 的有用旌旗灯号以及是以形成的无用CW镜像。有用旌旗灯号被下变频到频率ωC。假如正交平衡不完美,镜像将在频率为-ωC时呈现。镜像抑制比 (IRR) 是有用旌旗灯号与无用镜像旌旗灯号之差,用分贝 (dB) 表示。低落正交掉配的要领被称为正交偏差校对 (QEC)。

图3. 单音有用旌旗灯号和滋扰镜像

镜像幅度与增益和相位不匹配有关,关系式如下所示:

此中:∆ = 幅度不平衡(用分贝 (dB) 表示,抱负值为1) θ = 相位偏差(费用 (°) 表示,抱负值为0)等式可得出二维矩阵,由于两个输入变量分手会导致镜像抑制机能下降。图4显示了该矩阵的一部分,此中穿过全部页面的轴是幅度不平衡,进入到页内的轴是相位不平衡,垂直的轴是镜像抑制(单位:dB)。例如,假如幅度偏差为0.00195且系统必要实现76 dB的镜像抑制,则相位偏差必须优于0.01286°。纵然在单个集成电路器件中,也很难经由过程节制影响I和Q匹配的所有因向来达到优于50 dB的镜像抑制。应用AD9371平日可实现76 dB的镜像抑制,这必要运用数字算法来节制模拟路径变量并在数字域中利用校对。

图4. 镜像抑制(单位:dB)与幅度不平衡(单位:dB)和相位不平衡(单位:°)之间的关系

镜像对有用旌旗灯号的影响

图5是一张简化图,显示了下变频之后波形以直流为中间的单载波情形。该波形的示例将是20MHz LTE下行链路OFDM旌旗灯号的单一实例。如图5所示,负侧的一部分有用旌旗灯号将在正侧具有镜像,反之亦然。在以直流为中间的单载波情形中,镜像在有用旌旗灯号内(或其之上)并破坏了有用旌旗灯号。

图5. 具有滋扰镜像的单调制载波

当接管旌旗灯号并随后解调该旌旗灯号时,将存在多少旌旗灯号损伤。增添接管旌旗灯号路径本底噪声的热噪声便是一个例子。假如镜像在有用旌旗灯号内,也会增添噪声。假如所有噪声源的总和过高,则无法对旌旗灯号进行解调。单载波图和多载波图中所示的热噪底便是一个例子,它作为一个匆匆成身分在这些评论争论中被轻忽了。

当应用AD9361的内部LO(适用于具有保举机能的参考时钟源)时,AD9361将在无噪底限定时实现约-40 dB的EVM。经由过程RF PLL的相位噪声将EVM限定在-40 dB。AD9361约50 dBc的镜像抑制机能意味着在图5所示的单载波情形中,仅靠镜像只能将EVM低落约0.5dB。这样低的EVM低落意味着收发器平日不是64-QAM(以致更高)调制规划的限定身分。在这种单载波情形中,镜像老是比有用旌旗灯号小50 dB阁下,如图5所示。

图6显示了多载波的例子。图中的有用旌旗灯号鄙人变频之后发生了直流掉调。

图6. 旌旗灯号1破坏了旌旗灯号2导致多载波调制旌旗灯号具有滋扰镜像

每个有用旌旗灯号的镜像经由过程直流反射并显示在频谱的相反侧。在该示例中,两个有用旌旗灯号已经被下变频到相同的直流掉调,有用旌旗灯号1在正侧,有用旌旗灯号2在负侧。必要留意的是,有用旌旗灯号2的幅度比有用旌旗灯号1的幅度低60 dB。两个载波具有不合幅度在多载波情形下家常便饭,假如来自两个移动电台的旌旗灯号行进到同一基站时碰到不合量的路径损耗,便会发生上述环境。假如这两个移动电台与基站的间隔不合,或此中一个移动电台经由过程除另一个移动电台外的工具或在其周围发送旌旗灯号时,可能发生这种环境。

有用旌旗灯号2的幅度比有用旌旗灯号1镜像的幅度低10dB。这表示有用旌旗灯号2的信噪比为-10dB。纵然应用的是最简单的调制技巧,也很难实现解调。显然,必要更好的镜像抑制机能来应对这些环境。

图7显示相同的环境,但采纳AD9371范例的接管镜像抑制机能。

图7. 旌旗灯号1幅度低于旌旗灯号2幅度导致多载波调制旌旗灯号具有滋扰镜像

有用旌旗灯号1镜像的幅度现在比有用旌旗灯号2的幅度低15 dB。是以信噪比为15dB,足以应用各类调制规划来解调有用旌旗灯号2。

可削减AD9361和AD9371中正交不平衡的技巧

AD9361和AD9371都优化了模拟旌旗灯号和LO路径,从本色上削减了正交不平衡。但如上所述,硅片能够带来的好处是有限的。数字校对可以将镜像抑制机能前进多少个数量级。

AD9361接管器正交校准应用一种算法来阐发接管到的全部数据频谱,从而在全部带宽上创建匀称校对。对付单载波用例和相对较窄的带宽(如20 MHz),该校对在目标带宽上会孕育发生优越的镜像抑制。这被称为非频率相关算法。该算法对接管到的数据履行操作并实时更新。

AD9371在经由过程注入测试音进行初始化时代以及应用实际接管到的数据进行操作时代运行接管镜像抑制校准。这些更先辈的校准可根据频率相关不平衡以及非频率相关不平衡进行调剂。该算法会实时更新。AD9371采纳更先辈的算法和电路实施校对,在占用的旌旗灯号带宽上的机能优于AD9361,两者之差约为25 dB。

本文先容了应用接管旌旗灯号路径的正交不平衡的起源和影响,但ZIF收发器也必须降服发射旌旗灯号路径中的相同问题。当旌旗灯号路径或LO路径不平衡时,发射器的输出包括有用旌旗灯号及其镜像。

对付发送旌旗灯号路径——

· AD9361应用初始化校准来削减优化硬件设计供给的正交不平衡。初始化校准应用场于单一频率且采纳单一衰减设置的CW旌旗灯号音。该算法平日导致功耗比有用旌旗灯号低50dB阁下的镜像。另一种写入要领是-50 dBc(低于载波的分贝值)。在过温、宽带宽或不合衰减设置前提下运行可能会影响镜像水平。

· AD9371应用散播在有用旌旗灯号带宽上的多个内部天生的旌旗灯号音进行初始发送路径校准,并确定跨多个发送衰减设置的校对系数。运行时代,发送旌旗灯号路径跟踪校准应用实际发送的数据并按期更新校对系数。

AD9371的镜像抑制机能优于AD9361(两者之差约为15dB),并且在过温和衰减前提下以及占用的旌旗灯号带宽上可表现这一上风。

详细的简化示例

到今朝为止,根据本文所涵盖的整个内容,让我们进行思虑实验,假设我们正在构建一个系统,此中包孕一其中间基站和多个客户端设备。为了简化示例,这一假设的系统在运行时会阔别修建物等可导致多路径的物体。基站将与覆盖区域半径可扩展到100米的客户端设备进行通信,如图8所示。

图8. 形象显示基站和客户端基站的蜂窝覆盖区域

该系统将在18 MHz的总带宽上应用多个同时发送的6 MHz宽载波。是以在这个系统中,一个客户端设备可能异常靠近基站,比如0.3米,而最远的客户端设备与基站之间的间隔当然便是100米。两者之间的自由空间路径损耗差约为50dB。

图9. 多载波调制旌旗灯号示例

别的假定基站基带处置惩罚器可以丈量接管功率,然后看护客户端将发射功率增添或削减高达10 dB。相近的客户端将削减10dB的发射功率,而最远真个客户端将以全功率发射。基站的接管功率是以低落10 dB,形成40 dB的总体电位差,如图9所示。显示的两个载波表示上述最差环境。为了清楚起见,省略了可以驻留在两个有用旌旗灯号之间的可选载波。

在这个系统中,假定基站和客户端应用相同的收发器

假如应用AD9361,发送镜像的幅度可能比有用旌旗灯号的幅度低50 dB阁下。接管器也将增添类似的镜像功率。两个正交不平衡组合起来形成比有用旌旗灯号低47 dB阁下的镜像。

假如AD9371用于链路的两端,则发送镜像的幅度平日会下降65 dB,并且接管器会使镜像比有用旌旗灯号低75 dB。将这两者相加,可以获得比有用旌旗灯号低64.5 dB阁下的总镜像。图10显示了两种结果。

图10. 镜像幅度不合的AD9361和AD9371多载波调制旌旗灯号示例



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