2021年12月28日 | 从两代经典产品方案看无线多功能混合信号的进化路线

2021-12-28 来源：EEWORLD

从两代两款经典产品方案看无线多功能混合信号前端芯片的进化路线

下图显示了室内基站概念，传统基站面向大众提供网络服务，用于提供广域覆盖，而室内基站用于在住宅等小型区域中提供无线覆盖，是一种用户专属的超小基站，专为室内提供服务。其通过用户的互联网宽带连接将移动手机的通信流量路由至网络，因此减轻了无线电通信网络的通信流量。其不仅可以提高网络容量，同时还减少了信号的回程路径、降低了功耗以及运营商的维护成本。由于信号好，手机发射功率自动降低，辐射也就更低，手机电池也更耐用。

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室内基站与宏基站对比

与Wi-Fi 路由器类似，室内基站也基于无线基础设施标准。由于必须提供与无线电通信基站相当的服务质量 (QoS)，包括高质量的语音服务和高速移动数据服务，并且成本必须仅相当于宏节点的一小部分，与手机类似。因此，室内基站给无线电设计师带来了独特的挑战。

具体来看，其功能组成可分为两部分——模拟前端和基带处理器。前端用于将数字数据流转换成发射电路中的 RF 信号，并在接收链中将RF信号转换回数字数据流。在设计前端时，需要在集成度和性能之间进行取舍。虽然离散型解决方案可以定制以提供最佳的性能，但是其成本对于室内基站来说是不可接受的。由此可见，室内基站的设计必须利用低成本的制造技术以及高度集成的电路来缩短校准和测试时间。

下图是在UMTS频段1中支持本地基站工作并在850 MHz、900 MHz、1800 MHz、1900 MHz 和 2100 MHz 频段中监测信号的室内基站的高级框图。ADI混合信号前端 (MxFE) 基带收发器、ADF46022 集成无线电收发器、ADL55423 和 ADL53204 线性放大器、开关、滤波器以及其他相关支持电路共同构成了一个紧凑、高性能的室内基站前端。

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基于ADI芯片组实现的室内基站模拟前端

在发射端，数字基带将12位并行数据流馈入AD9863，在此，数据流被转换成模拟I/Q基带信号。基带信号由ADF4602转换成RF信号，然后经ADL5542和ADL5320增益级放大后发送到双工器。功率检测器用于监测RF输出。单极六投 (SP6T) 开关用于选择哪个发射或接收监测链连接到单个天线。这种功能分区为设计师提供了灵活性，从而确保信号链高性能运行，并允许选择转换器的速度和分辨率以满足应用场合的要求。

事实上，AD9862是ADI公司混合信号前端（MxFE）IC系列的一个成员，它基于 ADI 公司的"灵巧分隔"方法——一种混合信号设计技术，按照性能分隔信号路径，而不是按照模拟电路和数字电路的界限进行分隔。AD9862在一枚芯片上集成了两个12位64 MSPS ADC和两个14位128 MSPS DAC，ADC 经过专门优化，能以50 MSPS或更低的速率进行采样。

如今，除了室内无线网络的连接之外，ADI混合信号前端更为通信基础设施、仪器仪表、航空航天和防务领域的系统设计人员提供了可扩展的软件设计射频解决方案，具有非常宽的 7.5 GHz 带宽。这解决了多个复杂的挑战，包括随着系统操作从RF转移到毫米波频谱域，以及随着带宽需求从兆赫兹转移到千兆赫兹，不断增加的带宽需求和信号链复杂性。

例如ADI最新推出的16通道混合信号前端数字转换器，包含四个AD9081或四个AD9082软件定义的直接RF采样收发器，旨在通过提供参考RF信号链、软件架构、电源设计和应用示例代码来帮助客户加速开发进程。此外，ADI还推出了一款数字转换处理卡与之配合使用，方便执行系统级校准算法和演示上电相位的确定性。

AD9081和AD9082 MxFE 器件分别集成了8个和6个RF数据转换器，采用28 nm CMOS 工艺技术制造。这两款MxFE产品均实现了宽的瞬时信号带宽 (高达2.4 GHz)，由于减少了频率转换级的数量和放宽滤波器要求，从而简化硬件设计。与其他器件相比，这些更高集成高度的器件通过减少芯片数量来解决无线设备设计人员面临的空间限制问题，使得印刷电路板 (PCB) 面积缩小60%。因此，新型AD9081/2 MxFE 平台允许制造商在与单频段无线电相同的占板面积上安装多频段无线电，使当今4G LTE基站的通话容量提高3倍。凭借1.2 GHz 通道带宽，新型MxFE平台还支持无线运营商为其蜂窝塔增加更多天线，以满足新兴mmWave 5G的更高无线电密度和数据速率要求，同时可满足 5G 测试和测量设备、宽带有线视频流、多天线相控阵雷达系统、低地球轨道卫星网络中其他宽带应用的需求。

小结

对于传统频段，有些系统分为室内单元和室外单元，室内和室外单元的典型分界线是在数据转换器和无线电的边界。室内单元包括一些对信号进行预处理或后处理的放大器、数据转换器、调制解调器、FPGA或ASIC。ADI 公司的 MxFE 提供射频模数转换器 (ADC)、射频数模转换器 (DAC)、片内数字信号处理和用于多芯片同步的时钟/PLL 的智能集成。这允许消除分立数据转换器和传统 RF 前端组件，以减少尺寸、重量、功率和成本。集成数字信号处理同时支持向软件定义射频平台的变迁，创建高度可配置的通用硬件/软件平台，面向未来可用于更为广泛的终端市场应用。

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