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TD-SCDMA终端测试仪中ADC/DAC和射频模块的设计

作者:时间:2007-12-20来源:网络收藏
摘 要:本文介绍了的系统及工作原理。分析了的要求,同时介绍了MAX19700、MAX2507、MAX2392芯片。重点描述了如何控制芯片收发信号。
关键词;MAX19700;MAX2507;MAX2392

  引言

  产业链规模发展迅速。随着3G牌照发放日益临近,摆在制造商面前的难题是如何尽快提供好的手机,所以,对终端的性能测试迫在眉睫。

  TD-SCDMA终端测试仪提供了解决方案。它的主要功能是测试生产线上每台终端能否支持特定的业务。TD-SCDMA终端测试仪的实现十分复杂,它必须实现3GPP空中接口中物理层、部分MAC、RLC和RRC层功能,以及模拟部分CS域或PS域核心网功能。物理层的主要功能是完成3GPP协议25.221~25.224规定的功能,包括传输信道向物理信道映射、编码与复用、调制和扩频,以及物理层过程。不同于一般NodeB的物理层,终端综合测试仪的物理层还要完成数据采集任务,它是测量算法测试终端指标的依据。

  而测试仪对进行控制,保证测试仪稳定可靠地进行数据采集,是中非常关键的环节。

  终端测试仪简介

  基于软件无线电技术的数字化TD-SCDMA终端测试仪,是由RF器件、、大容量FPGA和高速DSP构成的具有高度灵活性、开放性的通信系统,各种相关的通信任务都能够用软件完成。其中,主处理器由ARM核+DSP+FPGA 构成。为了和已有系统兼容,ARM+DSP 拟采用一个OMAP1612。开放式多媒体应用平台(OMAP)处理器内含一个增强型ARM处理器(ARM925)和低功耗定点DSP(TMS320C55x)。这一双核心组件的目的就是为了有效地处理多媒体和MMI应用。

  由图1所示,在终端测试仪中,RF外接天线以完成模拟信号的接收和发送;ADC/DAC完成模拟信号和数字信号之间的相互转换;ARM作为主控制器,完成与微机接口,处理通信协议和其它相关的应用协议,协调并控制各个处理器之间、外设接口之间的工作等;FPGA芯片完成并行处理、数据量大、重复性强、速度要求高的数字信号处理运算;而DSP芯片处理系统控制和配置功能,充分发挥其寻址方式灵活、通信机制强大的优点。从DSP的角度来看,FPGA相当于它的协处理器;DSP通过本地总线对FPGA进行配置、参数设置及数据交互,实现软硬件之间的协同处理。

图1 TD-SCDMA终端测试仪模型

  芯片介绍与接口连接

  本方案采用MAX2392和MAX2507 RF芯片。

  射频接收单元MAX2392接收器内部包括:RF LNA、直接转换混频器、用于TD-SCDMA信道滤波的基带滤波器和AGC放大器。该芯片还集成了VCO及合成器,这一单芯片方案可大大降低成本,减小系统尺寸,元件数量比超外差方案减少50%。从天线接收的信号经过双工器后,先通过频带选择滤波器选择有用的频带信号,微弱的信号经过LNA放大后,通过I/Q解调器变成模拟基带I/Q信号,模拟基带I/Q信号经过信道滤波的低通滤波器和ACG放大器后,送至模拟前端,完成对基带I/Q信号的数字化处理。而该芯片具有90dB以上的增益控制,接收下限灵敏度能达到-112dBm,满足终端测试仪的要求。

  射频发射单元MAX2507是一款集成了功率放大器,并能满足TD-SCDMA指标要求的直接转换发送器。它集成了I/Q调制器、 PLL、VCO、AGC放大器和功率放大器。模拟基带I/Q信号经过正交调制后,完成基带信号到频带信号的直接转换,并通过AGC放大器进行放大,放大后的频带信号经过片外带通滤波器滤除带外的无用信号分量后,再经过功率放大器、双工器,并最终通过天线发射出去。片外带通滤波器可以大大降低发射机对相邻信道的干扰,提高发射机的ACRP指标。

  ABB模块使用MAX19700, MAX19700系列基带转换器是超低功耗、混合信号模拟前端(AFE),专为TD-SCDMA手机和数据卡设计,能够以极低的功耗提供出色的动态特性。MAX19700集成了一个大规模阵列:双10位、11Msps接收ADC和双10位、11Msps发送DAC,带有TD-SCDMA低通Tx滤波器。AVDD=+3V、OVDD=+1.8V,Fclk=5.12Msps时,典型功耗为38mW。另外,该芯片还集成了3个12位控制DAC,用于快速建立AFC、AGC和APC。

  在该移动终端上的射频模块可以完成一路信号在同一时刻的收发工作,当然也可以完成更多时隙信号的顺序收发。基带通过对MAX19700进行控制,完成A/D、D/A采样。其中A/D、D/A转换和RF控制由OMAP1612平台的3线SPI串口通过FPGA实现,包括串口使能和芯片寄存器设置。而RF芯片和ADC/DAC的片选以及MAX19700的收发选择是由OMAP1612平台的GPIO功能通过FPGA实现。接口的连接如图2所示。

图2 终端测试仪基带与RF接口设计

  模块的控制过程

  通过编写DSP驱动程序可实现对RF模块和ADC/DAC的控制。先对RF模块和ADC/DAC进行初始化配置,然后编写控制子程序给高层或物理层提供接口,最终由高层或物理层软件给子程序提供参数,实现模块的控制功能。

  首先设置SPI接口,并编写SPIWrite子程序,以供需要使用SPI串口发送数据时调用。然后设置GPIO,控制OMAP1612的GPIO引脚输出,以进行对各个器件的上电使能、MAX19700的收发选择等。

  在SPI接口和GPIO引脚的初始化设置完成以后,就可以对MAX2507、MAX2392、MAX19700器件的初始化参数AFC、AGC、APC的初始化值进行设置。

  通过设置MAX2507的OPCTRL寄存器,使芯片的PLL打开并采用frac-N模式,Fcom= 13MHz。 设置SYNTH和FRAC寄存器,使发射载波频率初始为2010.8MHz。

  通过设置MAX2392的OPCTRL寄存器,使芯片处于ON状态(非空闲和非关闭状态),共模电压设为1.42V,设置CONFIG寄存器,打开片上LNA、VCO和内部电路。设置RFM和RFR寄存器,使接收载波频率初始为2010.8MHz。

  通过设置MAX19700的ENABLE-16寄存器,使芯片处于ON状态,打开所有辅助DAC通道,收发慢交换并初始为接收模式,满量程设为820mVP-P。设置COMSEL寄存器,使发送通道输出共模电压为1.4V。设置IOFFSET和QOFFSET寄存器,使通道I和Q的失调控制电压为0mV。设置Aux-DAC1、 Aux-DAC2 和 Aux-DAC3寄存器,使AFC、AGC和APC的初始输出电压分别为1.5V、1.8V和0.6V。

  初始化设置完成后,根据信号收发的实时环境,由高层提供的参数调用子程序,实现频点的选择、自动频率的控制、接收信号自动增益的控制,以及发送信号自动功率的控制。

  子程序的控制流程如下:

  B-ctrlRF:频点选择子程序,参数为RFN=当前频点号,使当前频点的频率为F=0.2RFN,单位是MHz,故当RFN改变一个单位,频率改变0.2MHz。设置基频点号为10054,故基频就为2010.8MHz。流程如图3所示。

图3 频点选择流程图

  B-ctrlAFC:自动频率控制子程序,在某一基频点附近进行自动频率控制,参数N为步长,每步改变16Hz,如果步长超出范围,则子程序的返回值是0。流程如图4所示。

图4 自动频率控制流程图

  B-ctrlAGC:自动增益控制子程序,参数N为自动增益等级,N在0~90之间。流程如图5所示。

图5 自动增益控制流程图

  B-ctrAPC:自动功率控制子程序,参数N为开环时的功率等级,N在0~74之间,若N超过上限,则给子程序返回1,若N超过下限,则给子程序返回2,正常则返回0。

  由“TSM05.05 10.9 UE Transmitted Power ”的规定,发射功率的范围是-50dBm~+24dBm,其发射功率参数N步长1dB定义如下:

  UE_TX_POWER_00:-50dBm =UE Transmitted power-49dBm

  UE_TX_POWER_01:-49dBm =UE Transmitted power-48dBm

  UE_TX_POWER_02:-48dBm =UE Transmitted power-47dBm

  ………………

  ………………

  UE_TX_POWER_74:24dBm=UE Transmitted power25dBm

  流程如图6所示。

图6 自动功率控制流程图

  结语

  通过对RF器件和ADC/DAC的寄存器写入和部分引脚的控制,根据3GPP协议,实现了对终端测试仪载波频点的选择。AFC、AGC和APC控制子程序中参数的定义、参数范围的选择及步长的定义给高层提供了接口,从而可根据实时环境信号量的大小调整参数,顺利实现信号的收发。

  参考文献:

  1. TI.OMAP1611/12 Multimedia Processor datasheet.2003.11

  2. MAXIM.MAX2507 datasheet.2003.10

  3. MAXIM.MAX2391-3_DS_Officialdatasheet.2003.5

  4. MAXIM.MAX19700 datasheet.2005.2

  5. 彭启琮等. OMAP处理器的原理及应用。北京:电子工业出版社,2005.6

  6. 申敏等. DSP原理及其在移动通信中的应用. 北京:人民邮电出版社,2001.9

  7. 李小文等. 第三代移动通信系统信令及实现. 北京:人民邮电出版社,2003



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