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1、有关AD9361的学习记录AD9361 学习记录、简介AD9361是ADI推出的面向3G和4G基站应用的高性能、高集成度的射频解决 方案。该器件集RF前端与灵活的混合信号基带部分为一体，集成频率合成器，为处理 器提供可配置数字接口。 AD9361接收器LO工作频率范围为70 MHz至6.0 GHz,发射器LO工作频率范围为47 MHz至6.0 GHz,涵盖大部分特许执照和免执照频段，支持的 通道带宽范围为200 kHz以下至56 MHz。两个独立的直接变频接收器拥有首屈一指的噪声系数和线性度。每个接收 (RX) 子系统都拥有独立的自动增益控制 (AGC)直流失调校正、正交校正和数字滤波功能，从

2、而消除了在数字基带中提供这些功能的必要性。 The AD9361 还拥有灵活的手动增益 模式，支持外部控制。每个通道搭载两个高动态范围模数转换器 (ADC),先将收到的I信号和Q信号进行数字化处理，然后将其传过可配置抽取滤波器和 128抽头有限脉冲响应(FIR滤波器，结果以相应的采样率生成 12位输出信号。发射器采用直接变频架构,可实现较高的调制精度和超低的噪声。这种发射器 设计带来了行业最佳的 TX误差矢量幅度(EVM)，数值不到-40 dB，可为外部功率放大 器(PA)的选择留出可观的系统裕量。板载发射 (TX功率监控器可以用作功率检测器，从 而实现高度精确的 TX 功率测量。完全集成的锁

3、相环(PLL可针对所有接收和发射通道提供低功耗的小数 N分频频率合成。设计中集成了频分双工 (FDD)系统需要的通道隔离。、 AD9361 系统构成AD9361 的框架如下图 2-1 所示：“札 * $ i d : j 紡_ ：1 丨 Ji : : # &k I 色 野二二 i H * H !lflnta. 髀单沁 怀特删冃iCN * 叶耐 Sflixij z 匕 士3 JL一* 曲生处二Q巨叵w 1- 】； 1! 1CTHLtarm图2-1它支持2x2 MIMO通信，收发各有两条独立的射频通路。TX射频前端构成如下图2-2所示：ATTNRF OUTPUTTXSecondaryFilterTX

4、 Filter dac inputPhaseSpiltter图2-2TX数据通路如下图2-3所示:图2-3RX射频前端构成如下图2-4所示:RF INPUTTIARX FilterADC OUTPUTPhaseSpiltter图2-4RX数据通路如下图2-5所示：图2-5三、初始化及校准总述AD9361在上电之后便会进入休眠状态。此时用户需要根据所需参数，对芯片进 行初始化配置。其配置包括以下几方面：基本参数配置（包含 SPI时钟频率、DCXO补偿、射频时钟使能）BB PLL频率配置及校准PolyPhase TX Digital Filter 的系数写入PolyPhase RX Digital

5、 Filter 的系数写入数字数据接口配置AuxDAC/AuxADC 初始化Control_Out端口输出配置GPO端口参数配置频率无关的射频参数配置，包括 LO Power、VCO&LDO的参数配置、Charge Pump校准等）T/Rx频率综合器参数配置T/Rx工作频率配置及校准Mixer GM table 增益配置RX Gain table 配置RX手动增益配置T/RX基带模拟滤波器校准（tune ）RX TIA配置及校准二级 TX 滤波器校准ADC初始化BB/RF DC校准发射数据正交性校准（相当于 IQ 校准）TX增益配置RSS及功率测量的初始化使用AD9361，我们主要关注的有五个

6、方面：一是其中各器件的校准；二是有关滤 波器的配置；三是有关数字部分接口的模式、工作方式的配置；四是射频工作状态机 控制；五是有关 T/Rx 增益的配置。以下分 4节对这几个方面分别阐述。四、时钟源和RF & BB PLL频率综合器由于时钟是整个芯片的核心，在介绍上节所述五方面之前，我们先详述一下AD9361的时钟、PLL和频率综合器。1、参考时钟及 DCXOIOAD9361 使用分数分频锁相环生成一个本地时钟为信号转换、数字滤波器、 端口提供时钟源。这些 PLL均需要一个参考时钟，这个时钟可以通过外部晶振提供, 或者由外部晶体加上一个可变电容生成所需频率。在使用外部晶体的情况下，需使用 DC

7、XO补偿晶体频率来保证输出参考时钟稳定。2、RF & BB PL频率综合器图4-1参考时钟输入后，分别进入3个独立的PLL（如图4-1所示），分别为T/RX频率综合器、基带PLL提供参考时钟源。3个PLL需各自进行校准A) TX RX PLL的锁定在FDD模式下，TX和RX的PLL可工作在不同频率下，它们同时开启； TDD模式下，TX和RX的PLL根据收发情况轮流开启一般的TDD模式工作状态按照 Rx-ALERT-Tx-ALERT-F跳转，基带通过跳转 TXNRX信号来控制 TX、RX状态的跳转，当 TXNRX从 0跳变到1时，RX PLL关闭，TX PLL开启并进行重新校准锁定，反之 TX

8、PLL关闭，RX PLL开启并重新校准锁定。TDD模式下每次PLL校准锁定的时间大概为 45us60us左右。不过假如系统每次收发帧所使用的载波频率不变，则不需每次打开 TX或RX时重新进行校准，而沿用上一次的校准值。此时需要在一次校准过后将寄存器中的 VCOCal比特关闭，这样可以明显得缩短信号收发之前，频率综合器的稳定时间。B）Fast Lock模式假如你的系统需要在多个频点上工作，则可以使用 Fast Lock模式，它支持保存多个频点的频率控制字，使得频率变化是， PLL的锁定时间更短。然而这种模式 TX和RX分别最多只能保存8个频点，还是有一点局限性。五、器件校准表5-1Ruh Fte

9、q uleACyCdibhfltin Dime BlitJntft 呼 tlnw (fliPLl f 和OicHt?L 1i Ign祠RF 计血T N供 pumpOhCtAk: 0x244(71 1 wliendbneTx:i6x2|?J. 1 whrndonFF ElhciErr VCOiiililxdCiuriCccuis 和帕吋 Wdlly when irUfQef fregueiw 阿rd 册軌en In TDO, when TXFiWRk; 0x247m 1 wlmi kxkJ匚Iwngg SoqM lewLTxiqksiIj whmkxdffid2启ban* 隔 tiller tu

10、rn?Oree. updflS?vh?n EW ch丹网弋场加心诂第1 me* dears, when dnw鼬側Tn ”二聊 liltrfOct-和Bq風L 曲 cteflrwhtnBaseband Ti econdairy filter mneCrter manual ecpationsv update when E收 chariqes口rr匕 nuridj! update wlvn Wi rhafige.fh.AK KtkipOnce； nunud LUT of equjtiofi update when.WC、&1nplifig rvte clirtge& 能 hdiiJ DC ufh

11、ii*EOndorwRF DC nffetAnyrtme LOfrfquprwy ctwmqps mwptha-n UOOMHiKDlfifl lu1忻 claR wh?nRx quddiUture CjIlbiJiliMiiHny bme LO liequerK* 匚阳ingem mote thni 3 00 MHif runt enEiniucriJslTm qudkitlure “1 ibf ,I(miikny Urie LOhequerK J 询!#、料 1谢已 Eh An IWMHidorv每次芯片上电或者硬件复位之后都必须进行校准，校准之后的参数会被保存。校准的顺序由状态机控制，其

12、状态如下表 5-2所示。由于其中部分校准需导入其他校准所得结果，因此假如多个校准同时使能，则校准顺序由校准状态机控制。当 校准状态机停留在0x1状态时，表示校准完成。需要注意的是：T/Rx的基带滤波器校准不受校准状态机控制，必须在其他校准 均不进行时，进行T/Rx基带滤波器的校准。表5-2Caliibraticn Sequence State|30Active CalibrationOnDQkI0k2Oxi0h4OnS0x60k7OkB ONO (taAtoOcFGthbfdlKjn WAIT stdleEkjwbandl IX. offiet cibbroiDn RF Rx DC 怕hhr占

13、nonTx l quidratut# ulibfaEioniTk2 qbddiluii* L-dlltHRxl qLMdrjtur#cilihrfionRx2 qmdrdtun flibMTionIk mQDiHorfMilMdticm QC offset 鬼 GM亶NA g-Ain 讥却 AlibfJtion Fluh statesF面对几个重要的校准进行单独阐释注1： RF频率综合器VCO校准AD9361的发射和接收的频率综合器是独立的，因此 TX和RX的RF VCO校准需分别进行。在TDD模式下，TXNRX为高代表发射，TXNRX低代表接收，做 RF TX VCOK准是, TXNRX需拉

14、高；RF RX VCO校准时，TXNRX拉低。FDD模式下，需要将 ENSM调整到 ALERT状态，随后使能频率综合器校准。官方建议无论使用 TDD还是FDD工作模式，均可在做 RF频率综合器VCO校准 时，使用FDD的校准方式，因为FDD校准的频率更准确稳定，但是弊端是耗时较长。注2: T/Rx模拟滤波器校准模拟滤波器校准有一点需要注意，在进行校准带宽设置时，带宽值需要设置成BB带宽的1.6倍，BB带宽值是基带复数输出带宽的一半，即 RX为26MHz0.2MHz，TX 为 20MHz0.625MHz。六、滤波器配置本节介绍发射和接收的滤波器通路。1、发射滤波器通路TX滤波器通路总体分为3级数

15、字滤波器和两级模拟滤波器，示意图如下图 6-1所示:图6-1通路输入为I、Q两路12bit补码A)TX数字滤波器数字滤波器分为4级，主要用于对接口 I、Q信号进行插值滤波。它们可由用户 控制选通。第一级Prog TX FIR支持1倍、2倍、4倍插值，可通过用户配置最高 128阶位宽16bit滤波器系数，并且可提供 0-6db滤波器增益。其插值倍数和滤波器阶数关系如表6-1所示：表6-1InterpolationMaxi mum Number of Taps164212B4126第二级HB1是一个固定2倍插值低通滤波器。其滤波器系数为 -53, 0, 313, 0,-1155, 0, 4989,

16、 8192, 4989, 0,-1155, 0, 313, 0,-53。频率幅度相应如图 6-2:图6-2第三级HB2也是一个固定2倍插值低通滤波器，系数为-9, 0, 73, 128, 73, 0, -9。其幅频相应如图6-3所示。Normalized Frequency (xtt rad/sample)o-200-400Normalized Frequency (xtt rad/sample)图6-3第四级HB3/INT3可实现2倍或者3倍插值。2倍插值滤波系数为1,2,1，其幅 频相应如图 6-4 所示。三倍插值系数为36, -19, 0, -156, -12, 0, 479, 223,

17、 0, -1215, -993,0, 3569, 6277, 8192, 6277, 3569, 0,-993,-1215, 0, 223, 479, 0,-12,-156, 0, -19, 36，幅频 相应如图6-5所示。0 Od 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1Normalized Frequency (xjt rad/sample)o-500-10000 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 D.8 0.9 1Normalized Frequency (xtt rad/sample)B)TX模拟滤波器在数字滤波信号经过 DAC转换成模拟

18、信号之后，需要经过低通滤波器在滤除杂散 干扰。模拟滤波器分为两级，带宽均可配置。第一级的带宽范围较窄，为625kHz32MHz,通带带宽设置为信号带宽的 1.6倍；第二级的带宽范围为2.7MHz100MHz，通带带宽设置为信号带宽的 5倍。2、接收滤波器通路接收通路分为两级模拟滤波器和四级数字滤波器，连接示意图如图 6-6所示:图6-6通路输出也为12bit补码。A)RX模拟滤波器接收端模拟滤波器也分为两级，第一级 TIA LPF的可配置带宽为1MHz70MHz，配 置带宽设置为信号带宽的 2.5倍；第二级BB LPF的可配带宽为200kHz39.2MHz，配置 带宽为信号带宽的1.4倍。B)

19、RX数字滤波器数字通路的4级滤波器正好是发射通路的反向。第一级HB3/DEC3为2倍或3倍抽取可选。2倍抽取的滤波系数为1,4, 6, 4, 1，其幅频相应如图6-7所示。3倍抽取滤波器系数为55, 83, 0, -393,-580, 0, 1914, 4041,5120, 4041, 1914, 0, -580, -393, 0, 83, 55。其幅频相应如图 6-8 所示。0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1Normalized Frequency (xjt rad/sample)o-10000 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.

20、7 D.8 0.9 1Normalized Frequency (xtt rad/sample)第二级HB2和第三级HB1均为2倍抽取的低通滤波器。其系数如下:HB2: -9, 0, 73,128, 73, 0,-9HB3: -8, 0, 42, 0,-147, 0, 619, 1013, 619, 0,-147, 0, 42, 0, -8HB2的幅频相应如图 6-9，HB3的幅频相应如图 6-10。o-200-4000 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.S 0.9 1Normalized Frequency (x% rad/sample)图6-9Normalized

21、 Frequency (xtt rad/sample)o-500图 6-10阶位宽16bit滤波器系数，并且可提供-12db、-6db、Odb、6db滤波器增益七、数字接口详述图7-1数字接口电平有两种可配置模式： CMOS和LVDS1、接口功能介绍AD9361 主要的接口有 SP、数据端口 P0_D、P1_D、DATA_CLK FB_CLK TX_FRAME RX_FRAME ENABLE TXNRXSP：该芯片集成的SPI接口为4线SP，可读可写，主要用于配置内部寄存器。P0/1_D :这是数据传输端口，位宽均为 12bit，根据应用模式可配置成输入、输出和双向。DATA_CLK DATA

22、_CLK由 AD9361输出。该时钟主要用于 RX状态外部数字基带对 P0_D P1_D数据采样，数字基带生成的数据和控制信号均需为 DATA_CLK时钟域的，否则可能导致 AD9361获取数据时的采样问题。 CMOS模式下DATA_CLK通过DATA_CLK_P端 口输出。FB_CLK FB_CLK是 DATA_CLK反馈到AD9361的数据时钟。用于 AD9361内部对 TX_FRAME ENABLE TXNRX信号的上升沿采样，以及对于 P0_D P1_D数据端口 的上升沿和下降沿采样。注意： FB_CLK必须与DATA_CLK同源(频率相同，占空 比相同)，对两个时钟的相位没有要求。

23、CMOS模式下，仅适用FB_CLK_F线。RX_FRAME RX_FRAME用于在接收状态下标识 P0_D、P1_D的数据有效。它可以 配置成常高，或是50%占空比的脉冲信号。TX_FRAME TX_FRAME用于TX状态下，标识发射数据有效。其时序与 RX_FRAME类似。发射状态下，TX_FRAME为低，射频发射空数据。ENABLE & TXNRX ENABLE和TXNRX言号主要在 TDD模式下使用，ENABLE拉高 时，根据TXNRX信号，使射频芯片进入 TX或RX状态，TXNRX为1表示TX,为0 表示RXo2、接口模式AD9361数字接口模式主要分四个方面：电平模式( LVDS C

24、MOS),数据速率 (Si ngle Data Rate (SDF)、Dual Data Rate (DDR)，端口模式(Dual Port、Si ngle Port)、收发天线个数(1T1R、2T2R)(此处暂时不详述)。A) 电平模式接口电平模式主要根据电平信号类型来分类，主要分为两种： LVDS模式和CMOS模式。它们的区别体现在可使用的信号 bit为上。CMOS模式下，各种接口时序的最高频率如表 7-1所示。表7-1理 NiiMdi-1R1T CpwfliMriiicim12T JRIT-iCmlwid郎tjndwidhhNuimum fcF Cia.mfil Slgrul Bjind

25、wldtli Cp*r祁包用U*hng iMlnibHiimUwftu Mtnlmwn $4iW1p* Fmiwrrtcj1Uii*g 3kWR|Ms|lGDftIMspiJWR EklFPPH Bil,5OR Bg IMHiKDDRBv) MHaiDPR iMspilIMHZJtNHttF&DR BU iMN3)PDRB IMMil珂叫.$1.413Q7256T5L药15363QLZZ15超丑FurtFul Duple 負1S3JQ.72151%MJ27j&615.3415JTM1S.33丁孀Dual Poir i-UhLVDS模式下，各接口时序的最高频率如表 7-2所示。表7-2IftlT

26、Maximum 加Ca Rare. Ciginalhlfiwd 1 #nd Q 旳帕* W钳1MkkHlmum Rf Chnn4 皆中胃*Mftiumifm lUuCombhiwd I*m1Q 畑曲MdiMlmum RF Elgnjil lpAfwiiMUlt|tI.MH1I p*ir CluBiin*l如旳NtlVW仙n 知1卢Using 2xOvvffeMiphnqHJIkingi MininwuiH Sample Fr(|wiuyUinig Jm OvirmmpliHqiDual 血 Ml&upk-K01 44-l.ifniKM 悸 ftlut hlTKT呼id.lhCMOS模式下，所有

27、接口信号都是单端信号。在此电平模式下，允许两组TX图7-2DATA CLKP1_D|11：O|IS Hi * 1R. IDDlSh 也帕恫 nr-i 3|：1 UxOrMn-J图7-3_/ / / TX_FRAyE_N , 厂TK_D(5 C_IP 3 UW Tjaii g JC Fl融口g岂 了石両T|Mg 补甘LZiLDp CFLN 电 JC站匸 5 岂丫应苗) 5 红1 X总芮 )( 5飞0玄？7 匸1”1 丫占祐UM 茴图7-4RX_FRAK_N / / 厂R?LD|5:0LP L 3 / 上丄輕j k 兀*墉 # b：匙iC0r nrfi11=uni *iQIJz：nfliFS_Q.K / TX_Fft*ME _f f f Pfl D|