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射頻收發(fā)芯片SMI7035的原理與應(yīng)用

作者: 時間:2009-03-18 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

1 引言

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/158173.htm

全稱World Interoperability for Microwave Access,即全球微波接入互操作性。的另一個名字是標(biāo)準(zhǔn),或廣帶無線接入(Broadband Wireless Access,BWA)標(biāo)準(zhǔn)。它是一項無線城域網(wǎng)技術(shù),是針對微波和毫米波頻段提出的一種新的空中接口標(biāo)準(zhǔn)。Sierra Monolithics公司推出的雙頻段單片,適用于面向BWA的低成本CPE(用戶終端設(shè)備),支持產(chǎn)品。

2 主要性能特點[1]

●工作頻帶范圍:3.3 ~3.8 GHz 或 2.3 ~2.7 GHz 。

●高接收靈敏度(-100 dBm),并且具有不小于75db的增益控制。

●發(fā)送器提供55dB的增益控制范圍。

●雙頻段轉(zhuǎn)換;

●集成兩個頻率合成器

小數(shù)分頻頻率合成器:頻率間隔為125 kHz,轉(zhuǎn)換時間小于90μs。

整數(shù)分頻頻率合成器:頻率間隔為2 MHz,轉(zhuǎn)換時間小于90μs。

●通過串行接口(SPI)與控制微處理器的接口進(jìn)行連接;可以靈活配置頻率等參數(shù)。

●電壓供電采用+5V 和+3.3 V。

●1.73瓦的低功耗設(shè)計。

●提供接收信號強度指示(RSSI)。

●采用48 pin QFN封裝,外形尺寸只有7×7mm。

3 內(nèi)部結(jié)構(gòu)

主要分為接收機(jī),發(fā)射機(jī),接收信號強度指示電路,頻率合成器等幾個部分。

3.1 接收機(jī)部分

接收機(jī)采用二次變頻的外差式方案,首先,信號由管腳RX_RF進(jìn)入,通過低噪聲放大器,利用帶通濾波器濾波后,進(jìn)入鏡頻抑制混頻器,與來自小數(shù)頻率合成器的本振信號混頻,得到高中頻信號(高中頻信號頻率等于接收信號頻率和本振頻率的差),由片外的聲表面波濾波器選出穩(wěn)定的456MHz高中頻信號,穩(wěn)定的高中頻信號進(jìn)入第二個鏡頻抑制混頻器與來自整數(shù)分頻頻率合成器的本振信號混頻,由濾波器濾波后選出低中頻信號(頻帶為32~62 MHz,頻率間隔為2 MHz),經(jīng)過放大,濾波,自動增益控制,通過管腳RX_IF_P和RX_IF_N差分輸出[2]。

3.2 發(fā)射機(jī)部分

發(fā)送的數(shù)據(jù)由TX_IF_P和TX_IF_N兩引腳進(jìn)入芯片,通過放大器后,進(jìn)入鏡頻抑制混頻器與來自整數(shù)分頻頻率合成器的本振信號混頻,通過片外的聲表面波濾波器濾波后得到中頻信號,中頻信號進(jìn)入片內(nèi)鏡頻抑制混頻器與來自小數(shù)分頻頻率合成器的本振信號混頻,得到發(fā)射信號,經(jīng)過增益控制,高功率放大器放大后的信號最終被調(diào)制到3.3~3.8 GHz 或 2.3~2.7 GHz,由管腳TX_RF輸出到天線發(fā)射出去。

3.3 接收信號強度指示電路(RSSI)

接收信號強度指示器的輸出電壓是對中頻信號進(jìn)行處理得到的直流電壓,其電壓大小和接收到的信號強弱成正比。RSSI信號可用作故障檢測、中的握手信號以及通道的選擇信號。

3.4 頻率合成器

頻率合成器由整數(shù)分頻頻率合成器和小數(shù)分頻頻率合成器組成。

3.4.1整數(shù)分頻頻率合成器(基于電荷泵鎖相環(huán))

圖1 整數(shù)分頻頻率合成器結(jié)構(gòu)

在鎖相環(huán)路輸入端無信號輸入時,壓控振蕩器按固有頻率運行,當(dāng)環(huán)路輸入端有信號輸入時,鑒頻鑒相器對輸入信號的相位和壓控振蕩器輸出信號的相位進(jìn)行比較,然后輸出一個代表兩信號相位差的誤差信號。鑒頻鑒相器輸出信號將控制電荷泵電路對環(huán)路低通濾波器充放電以形成對壓控振蕩器的控制電壓,該控制電壓與鑒相誤差成正比,從而迫使壓控振蕩器的相位(頻率)朝減小鑒相誤差的方向改變。最終當(dāng)鎖相環(huán)鑒相輸出誤差為零時,就表示鎖相環(huán)路進(jìn)入鎖定狀態(tài)。此處的分頻器的分頻值是整數(shù),所以叫整數(shù)分頻頻率合成器。整數(shù)分頻頻率合成器輸出信號的頻率一定是參考輸入信號頻率的整數(shù)倍,輸出信號之間的最小頻率間隔等于參考輸入信號的頻率,而這一點也正是整數(shù)頻率合成器的局限所在[3]。

3.4.2 ∑-△調(diào)制小數(shù)分頻鎖相頻率合成器[4-5]

圖2 小數(shù)分頻鎖相頻率合成器結(jié)構(gòu)

圖2中N代表分頻比的整數(shù)部分,F(xiàn)代表分頻比的小數(shù)部分。小數(shù)分頻頻率合成器的輸出信號頻率不必是參考信號頻率的整數(shù)倍,而可以是參考信號頻率的小數(shù)倍,輸出信號的最小頻率間隔由參考信號頻率和小數(shù)分頻頻率合成器的分辨位數(shù)決定。與整數(shù)頻率合成器相比,小數(shù)頻率合成器可以采用頻率較高的參考信號,從而獲得較大的系統(tǒng)環(huán)路帶寬和較小的調(diào)整時間,同時,也可以得到較高精度的輸出頻率;另一方面,理論上,保持輸出信號頻率不變的情況下,提高參考信號的頻率,可以有效地降低輸出信號的相位噪聲,而小數(shù)頻率合成器可以使用較高頻率的參考信號,因此,可以獲得更好的相位噪聲性能。在典型的小數(shù)分頻鎖相頻率合成器中,小數(shù)分頻比是通過在M個參考周期內(nèi)進(jìn)行a次N分頻和b次N十1分頻來實現(xiàn)。通常采用相位累加器的溢出來控制程序分頻器的除N或除N+1工作模式,以實現(xiàn)小數(shù)分頻。

圖3 數(shù)字一階∑-△調(diào)制器結(jié)構(gòu)

∑-△調(diào)制技術(shù)來自高分辨率的A/D, D/A變換器中的過采樣轉(zhuǎn)換技術(shù),其工作為:在對信號進(jìn)行過采樣后,噪聲功率譜幅度降低,通過一個對輸入呈低通,對量化噪聲呈高通的噪聲整形器,將量化噪聲功率的絕大部分移到信號頻帶之外,從而可通過濾波有效地抑制噪聲。小數(shù)分頻頻率合成器中相位累加器的等效模型與數(shù)字一階∑-△調(diào)制器相比較,可以證明兩者的等效性,所以可用數(shù)字一階∑-△調(diào)制器代替相位累加器實現(xiàn)∑-△調(diào)制小數(shù)分頻鎖相頻率合成器。利用∑-△調(diào)制技術(shù)對傳統(tǒng)的小數(shù)分頻頻率合成器的量化誤差進(jìn)行處理,把小數(shù)分頻器產(chǎn)生的相位雜散轉(zhuǎn)換為高通形相位噪聲,再利用環(huán)路低通濾波特性予以濾除,從而獲得任意小的頻率分辨率、極低的相位雜散。

電路

圖4所示是芯片的電路。射頻輸入/輸出匹配電路主要用來匹配芯片的輸入輸出阻抗(輸入/輸出為50Ω/200Ω),同時為芯片內(nèi)部的PA(功率放大器)及LNA(低噪聲放大器)提供直流偏置。

圖4 典型應(yīng)用連接圖

5 結(jié)論

SMI7035是一款性能優(yōu)良的射頻收發(fā)芯片,應(yīng)用于WiMAX的頻帶部分,與WiMAX基帶處理芯片配合使用,可以實現(xiàn)WiMAX。

本文創(chuàng)新點: SMI7035采用的∑―△調(diào)制技術(shù)的小數(shù)頻率合成器, 解決了頻率分辨率和轉(zhuǎn)換時間的矛盾,并且可以獲得任意小的頻率分辨率、更好的相位噪聲性能。

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