集成式收发机芯片AD9371射频系统设计

摘要

移动通信的迅速发展，市场需求量爆炸式增长，第五代移动通信即将到来，为了满足日益增长的网络数据量、数据速率以及接入点的需求，研究更宽射频带宽和更高性能的射频收发机系统显得越来越重要，在5G移动通信系统场景中，针对室内大型场馆的高密度、低延时以及快速接入点特点，下一代移动通信射频收发机系统应具备承载高数据速率、低切换时延、低传输时延、多根智能天线等技术要求。
　　设计主要基于ADI公司的射频收发集成芯片AD9371搭建通信硬件平台，AD9371芯片是一款MIMO2输入2输出，支持时分复用(TDD)和频分复用(FDD)双工模式，系统带宽100MHz，射频频率300MHz-6GHz，采用直接变频的方法从射频直接到基带，然后经过DA/AD转换，输出数字信号，通信链路采用JESD204B的串行通信协议，最大数据率支持6.144Gbps。设计工作主要是射频前端的链路预算，接收机部分的低噪放降噪处理，提高灵敏度等，发射机部分后级的功率驱动，增大末级的输出功率，扩大覆盖范围等;时钟部分的设计，采用AD9528时钟分配芯片，对输入的参考信号122.88MHz分配，提供给数字处理器Zynq和射频处理单元AD9371;最后，AD9371芯片需要多种电源供电，而且考虑电源域的隔离，因此，基于高效率电源管理芯片ADP5054的设计需要考虑不同电源管脚的降噪屏蔽处理。
　　最后，系统基于AD9371芯片具有低功耗、小型化等特点，还能够多块系统板同时工作，完成链路的同步，进而组建大规模MIMO等优势，满足未来5G系统的设计方案。系统板测试指标符合设计预期值以及3GPP规定的指标，接收机在100MHz带宽内噪声系数约为4.5dB，接收机平坦度约为2dB，接收灵敏度约为-65dBm，接收机的载波泄露小于-60dBm，边带抑制度优于75dBc;发射机平坦度0.5dB，发射机在100MHz带宽内输出OIP3约为36.5dBm，输出P1dB约为27dBm，64QAM-100MHz调制方式，上边带相邻信道功率比ACPR=47.4dBc@17dBm，下边带相信信道功率比ACPR=48.5dBc@17dBm，采用17dBm单音测量方法，发射机的载波泄露小于-35dBm，边带抑制优于50dBc，带外杂散功率小于-45dBm;在接收和发射采用回环模式，测量EVM值，20Msps、40Msps、60Msps、80Msps、100Msps对应的EVM是1.12％rms，1.44％rms，1.74％rms，2.04％rms，3.14％rms，双工模式采用TDD方案，切换时间小于450ns。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 移动通信研究背景

1．2 移动通信研究现状

1．2．1 高频段传输技术

1．2．2 新型多天线传输技术

1．2．3 同时同频全双工技术

1．2．4 密集网络技术

1．4 论文组织结构

第二章 射频收发机结构分析和设计

2．1．1 超外差接收机结构

2．1．2 镜像抑制

2．1．3 直接变频接收机结构

2．1．4 低中频接收机结构

2．1．5 数字中频接收机

2．2 射频发射机结构

2．2．1 直接变频发射机

2．2．2 两次变频发射机

2．2．3 直接调制发射机

2．3 收发机系统

第三章 射频收发机系统设计

3．1 AD9371性能分析

3．1．1 发射机链路分析

3．1．2 接收机链路分析

3．1．3 观测接收机链路分析

3．1．4 嗅探接收机链路分析

3．1．5 本振和时钟模块分析

3．2 设计指标分析

3．2．1 噪声系数

3．2．2 接收灵敏度

3．2．3 三阶截断点和1dB压缩点

3．2．4 误差矢量幅度

3．2．5 相邻信道功率比

3．3 射频前端设计

3．3．1 芯片选型分析

3．4 时钟管理和电源管理

3．4．1 外部参考时钟

3．4．2 Sysref系统参考信号

3．5 电源管理

3．5．1 AD9371电源管脚分析

3．5．2 上电顺序

3．5．3 电源器件选型

3．6 整体框架设计

第四章 收发机系统测试

4．1 接收前端和发射前端性能测量

4．1．1 接收前端链路测量

4．1．2 发射前端链路测量

4．2 接收机噪声系数测量

4．2．1 噪声系数测量方案一

4．2．2 噪声系数测量方案二

4．3 接收机灵敏度

4．4 接收机边带抑制与载波抑制测量

4．5 接收机输入截断点IIP3测量

4．6 发射机平坦度

4．7 发射机输出截断点OIP3和IMD3测量

4．8 发射机相邻信道泄露比

4．9 发射机载波抑制

4．10 发射机边带抑制

4．11 发射机带外杂散

4．12 接收机和发射机整体性能测试

4．12．1 Rx->Tx矢量误差幅度EVM测试

4．12．2 TDD模式下切换时间测量

4．12．3 系统指标综合

4．12．4 实物与测试环境

第五章 总结与展望

5．2 内容展望

致谢

参考文献

个人简介