中頻處理部分

1、中頻處理子系統(tǒng)1 引言1.1 引入l 軟件無線電的關鍵技術(shù)：第一，需要研究一個開放式、可擴展、標準化的軟件、硬件平臺結(jié)構(gòu)。第二，需要研究實現(xiàn)適合于軟件無線電系統(tǒng)的高性能射頻、數(shù)字信號處理器件。第三，需要研究適合于軟件無線電的多波段、多速率、多模式信號接收理論和實現(xiàn)方法。l 一方面由于軟件無線電在高中頻甚至是在射頻進行數(shù)字化，這樣可以減少模擬環(huán)節(jié)，使得前端引入的噪聲更少，信號失真更小，電路更簡潔、軟件無線電和普通的窄帶接收機相比，瞬時處理的帶寬更寬，動態(tài)范圍更大、可擴展性更好。l 另一方面目前市場上的A/D轉(zhuǎn)換器的采樣頻率不能達到射頻所發(fā)射的頻率，因此涉及到變頻至中頻。1.2 作用l 完成高速A

2、DC、高速DAC、數(shù)字下變頻（DDC）、數(shù)字上變頻（DUC）功能；l 芯片通過監(jiān)控子系統(tǒng)進行配置才能正常工作，實現(xiàn)模擬信號和數(shù)字基帶信號的互相轉(zhuǎn)換l 數(shù)字上變頻（DUC）和數(shù)字下變頻（DDC）功能逐漸由FPGA來實現(xiàn)；使用FPGA既可以實現(xiàn)載波選頻產(chǎn)品，也可以實現(xiàn)寬帶選頻產(chǎn)品；2 組成2.1 ADC前端驅(qū)動電路常用器件 Transformer 包含兩類：普通的transformer或者balun a)無源器件，不會給ADC前端帶來額外的噪聲，影響ADC SNR性能的測量； b)可以有效地隔離信號源地直流分量； c)使用不同匝數(shù)比的transformer，可以方便地實現(xiàn)升壓或者降壓 d)應用電路

3、簡單，調(diào)試方便； 有源器件(運放等) a)可以提供增益輸入，但是由于是有源器件，產(chǎn)生的噪聲會影響到ADC的SNR性能； b)外圍電路較復雜，設計時需要考慮運放的輸出阻抗、setting time等指標與ADC芯片的接口； c)由于增益帶寬積的存在，在寬帶應用中受到限制?；谝陨咸攸c的考慮，我們的設計中一般使用transformer來驅(qū)動ADC。2.2 ADC前端驅(qū)動電路Trans的主要指標insertion loss(插入損耗) 實際的transformer都會有插損，中頻應用中一般在1dB以下input return loss（輸入端回波損耗）：允許用戶設計匹配電路在某些頻段滿足transf

4、ormer的響應特性magnitude imbalance 和 phase imbalance（幅度不平衡和相位不平衡）：理想的transformer的差分端信號應該是幅度相同相位相反的，實際的巴倫總存在幅度和相位的不平衡。這種不平衡經(jīng)過ADC的傳輸特性后就會導致ADC的輸出信號中存在偶次諧波分量。而且根據(jù)理論分析，相位不平衡對偶次諧波分量的影響更大。2.3 ADC前端驅(qū)動電路設計注意事項設計時盡量選用相位、幅度不平衡較小的transformer，在中頻頻率低于100MHz時，不平衡帶來的影響較小，可以選擇單transformer；在中頻頻率高于100MHz時，一定要選用雙巴倫或者雙trans

5、former來減小不平衡的影響。下圖是采用單transformer、雙巴倫和雙transformer時，幅度不平衡和相位不平衡隨頻率的變化曲線由圖可以看出，在高于100MHz的應用時單transformer的相位不平衡度惡化很嚴重，使用雙巴倫或者雙transformer可以有效地改善相位不平衡，代價就是幅度不平衡有些增加，前述分析也指出，幅度不平衡對二次諧波的惡化貢獻很小，因此總的二次諧波分量是減小的。 設計時，使用雙巴倫的設計可以根據(jù)需要只焊接一個巴倫從而節(jié)省單板成本，因此相對雙transformer的結(jié)構(gòu)來說更靈活，實際中應用較多。由于匝數(shù)比高的transformer中不平衡問題較難解決，

6、因此在設計中盡量選用1:1的transformer或巴倫。目前公司較多的1:1的transformer有ADT1-1WT，TC1-1T，巴倫有ETC1-1-13（Maba-007159）、TC1-1-13等。阻抗匹配的設計，目的：從transformer輸入端看進去的阻抗為50歐姆，可以在初級進行匹配，也可以在次級進行匹配。其中RT=60.4，Rs=25，則差分線到ADC的模擬輸入口之間一般串一個小電阻用于隔離ADC內(nèi)部的開關信號對信號源的影響，布局時串阻要盡量靠近ADC側(cè)；如果ADC要求輸入的差分模擬信號具備共模電壓輸入，注意加共模電壓的方法2.4 A/D2.4.1 原理l 采樣：奎斯特采樣

7、： 帶通信號采樣： 且l 量化：舍入法和截斷法。l 編碼2.4.2 主要性能l 轉(zhuǎn)換靈敏度 假設一個A/D器件的性能輸入電壓范圍為（-V，V），轉(zhuǎn)換位數(shù)為n，即它有2n個量化電平，則它的量化電平為V=2V/2n ，其中V也可以稱之為轉(zhuǎn)換靈敏度。A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)越多，器件的電壓輸入范圍越小，它的轉(zhuǎn)換靈敏度越高，也代表能分辨轉(zhuǎn)換過后的量化電平越多，精度越高。l 信噪比(SNR) 在量化過程中，存在量化噪聲，通過A/D的信噪比指標需要衡量A/D器件對系統(tǒng)信號的影響?？梢酝ㄟ^提高采樣頻率，或者降低模擬信號帶寬都可以改善A/D轉(zhuǎn)換器的信噪比。因此，有必要在A/D采樣之前加一個帶通（或低通）濾波器，限制

8、信號帶寬。也可以利用數(shù)字濾波器，對采樣后的數(shù)據(jù)進行濾波，把噪聲功率濾除，提高信噪比。l 有效轉(zhuǎn)換位數(shù)(ENOB) 由于A/D轉(zhuǎn)換部件不能做到完全線性，總會存在零點幾位乃至一位的精度損失，從而影響/AD的實際分辨率，降低轉(zhuǎn)換位數(shù)。有效轉(zhuǎn)換位數(shù)可以通過測量各頻率點的實際信噪比來計算。總的來說，信號越大，信號頻率越低，所能得到的有效轉(zhuǎn)換位數(shù)越多。 l 孔徑誤差 這是由于模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號需要一定時間來完成采樣、量化、編碼等工作引起的。對于一個動態(tài)模擬信號。在A/D轉(zhuǎn)換器接通的孔徑時間里，輸入的模擬信號的不確定導致輸出的不確定誤差。在很多A/D轉(zhuǎn)換器芯片內(nèi)有個采樣保持電路(采樣保持放大器SHA)，

9、對于A/D器件而言，在滿足采樣定理情況下，其所能處理的追高頻率取決于SHA的孔徑時間。也就是SHA決定A/D的最高工作頻率，而A/D編碼速度決定了A/D的采樣速率。l 無雜散動態(tài)(SFDR) 無雜散動態(tài)是指在第一Nyquist區(qū)內(nèi)測得信號幅度的有效值與最大雜散分量有效值之比的分貝數(shù)。反映的是在A/D輸入端存在大信號時，能檢測出有用小信號的能力。2.5 DDC2.5.1 引入在數(shù)字信號處理中，采樣后的數(shù)據(jù)速率越來越高，這對數(shù)字信號處理也提出了更高的要求，為了達到這種要求，一個辦法是提高數(shù)字信號處理的速率；另一個辦法是對采樣后的數(shù)據(jù)進行降速處理。DDC在這樣的環(huán)境下便應運而生了。2.5.2 原理圖

10、1 DDC原理圖2.5.3 功能將高速A/D轉(zhuǎn)換器的輸出信號送入數(shù)字下變頻器；經(jīng)兩個相乘器所構(gòu)成的混頻器后，將輸入的數(shù)字信號和復正弦信號產(chǎn)生器產(chǎn)生的正交正弦信號相乘，相乘結(jié)果為I、Q兩路信號；再分別經(jīng)高抽取濾波器和CIC(積分梳狀濾波器) 進行處理。其輸出是數(shù)據(jù)流的頻率降低至基帶信號頻率。滿足了FPGA處理信號的能力。DDC：信道化操作，降低基帶信號速率，便于基帶數(shù)據(jù)處理；數(shù)字下變頻的濾波器設計對于頻率選擇性以及時延等指標起決定性作用；同時濾波器也決定了整機的阻塞特性。2.6 D/ A數(shù)模轉(zhuǎn)換器2.7 DUCDUC：各載波合路，增加數(shù)據(jù)速率，減輕模擬中頻濾波器的設計壓力。3 案例分析3.1 輸

11、出低噪整體抬起問題描述：AD9779輸出之后低噪整體抬起；原因分析：該問題的原因可能有：AD9779虛焊或短路；GC5016（DUC芯片）虛焊，導致某一位無輸出； 解決方法及步驟： 檢查AD9779焊接是否有虛焊或斷路。若有短路，進行返修；若無短路進入第2步； 使用示波器檢查GC5016輸出給AD9779的32根數(shù)據(jù)線（頂層和底層各16根）是否都有信號。若只有某一位無信號，證明是GC5016虛焊，需要進行返修；若都有信號，進入第3步。 單板進入測試模式，檢查GC5016是否配置正常。若配置不正常，檢查LPC2214焊接是否有短路或者虛焊并進行返修，返修后仍配置不正常則將GC5016進行返修；若

12、配置正常，則更換AD9779。3.2 數(shù)字部分增益減少問題描述：DAC5682輸出之后數(shù)字部分增益減少8dB左右；原因分析：DAC5682配置不正確或者焊接異常（虛焊或短路）；DAC輸出后射頻鏈路不正常引起；解決方法及步驟： 肉眼檢查DAC5682是否焊接有問題，若沒用問題，進入第2步； 如果有條件找同樣的模塊測試DAC5682輸出是否正常，若不正常，檢查配置是否正常，有必要時重新配置，若正常，進入第3步； 由于問題歸結(jié)于射頻鏈路，因此變得有順序性，一路一路排查。備注：W+G多模項目中，由于DAC5682輸出之后的濾波電路有一些復雜且為出現(xiàn)問題的所在，難以定位測試點，對焊接帶來了一定的影響。3

13、.3 增益受控問題描述：模塊聯(lián)調(diào)時，后一級增益受控；原因分析：為了使得設備在輸入不穩(wěn)定的情況下，輸出電平保持一定的范圍，因此在數(shù)字系統(tǒng)中引入了AGC的問題，而引起上述問題的原因，絕大多數(shù)因為前級調(diào)試增益超過指標或者幾近臨界，造成AGC受控，而引起的問題；解決方法及步驟： 單測前級增益，看是否在指標范圍之內(nèi)，如不在或者臨界，降低前級增益，盡量使其滿足指標，且留有一定余量； 測聯(lián)調(diào)增益，增加后級增益，使其滿足整個數(shù)字板鏈路增益的要求；附：1、關于實現(xiàn)AGC的問題：例如：A/D輸出是11位數(shù)據(jù)，而第一位是符號位為0，此時軟件內(nèi)部會有高門限值和低門限值的350=11 0101 0000，300=11

14、0000 0000，這兩個值是通過系統(tǒng)的ALC轉(zhuǎn)換后的值和實際測試得到的。當A/D輸出值超過最高門限的時候，軟件會對衰減累加一的操作，之后繼續(xù)判斷是不是在規(guī)定的門限之內(nèi)，直到AGC穩(wěn)定，當累加到63=111111=31.5dB的時候，PE4302全部壓下去，同時，監(jiān)控端送來的值會累加衰減值同時作用，但是最大也不能超過31.5dB，至于我們所看到的OMT軟件中設置值只能以1dB步進，這是監(jiān)控的軟件設置，理論上是可以0.5dB步進的。有一些項目內(nèi)部設定溫補，意思是PE4302中一部分要預留給溫補，同樣用查表確定衰減配置系數(shù)的算法和PE4302是一樣的。只是衰減值送給的對象不一樣而已。2、關于AD之后信號的測量方法：很多時候一旦涉及到數(shù)字部分出問題的時候，我們幾乎束手無策，如果一步一步來，當然最開始的就是AD了，至于AD之后的信號怎么去判斷它是否正確與否；假使ADC輸出的數(shù)據(jù)速率為61.44MHz，因此N位數(shù)據(jù)輸出的頻率都是61.44M，這個是用示波器可以看到的，而對于數(shù)據(jù)經(jīng)過AD之后變換成數(shù)字