MAXl9700在TD-SCDMA終端中的應(yīng)用
關(guān)鍵詞 MAX19700 TD-SCDMA 模數(shù)／數(shù)模轉(zhuǎn)換 ABB DBB
引 言
TD-SCDMA是由中國無線通信標準化組織(CWTS)提出并得到ITU通過的3G無線通信標準。這一標準的提出標志著我國在移動通信技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)進入世界先進行列，目前國內(nèi)已經(jīng)有多家企業(yè)自主研發(fā)出TD-SCMDA數(shù)字基帶核心芯片，加快了終端的研發(fā)步伐，提高了在國際移動通信行業(yè)的競爭力。在終端設(shè)計中除了DBB(數(shù)字基帶)以外，ABB(模擬基帶)也是非常重要的一部分，但是目前國內(nèi)ABB芯片的研發(fā)卻比較滯后。本文主要介紹模擬基帶芯片MAXl9700的工作原理及其在TD-SCDMA移動終端中的應(yīng)用，對實際終端設(shè)計具有一定的參考價值
1 工作原理及芯片選擇
在手機終端基帶模塊中，模擬基帶部分主要是將射頻送過來的I／Q模擬信號經(jīng)過A／D轉(zhuǎn)換變成DSP處理器能夠識別的數(shù)字信號，然后由DSP進行相關(guān)的數(shù)據(jù)處理；同時將DBB處理器送來的數(shù)字信號經(jīng)過D／A轉(zhuǎn)換變成I／Q模擬信號，再通過射頻模塊發(fā)射出去。
1.1 MAXl9700工作原理
圖l是MAXl9700的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。它整合了一個大規(guī)模數(shù)組：雙10位、11Msps接收ADC和雙10位、11Msps發(fā)送DAC，同時集成了TD-SCDMA低通濾波器以及3個12位控制DAC，用于快速設(shè)立AGC(自動增益控制)、VGA(可變增益放大器)和AFC(自動頻率控制)，且使用3線串行接口控制工作模式和電源管理。串行接口兼容SPI和Microwire。MAXl9700可通過串行接口選擇關(guān)斷、空閑、待機、發(fā)送(Tx)和接收(Rx)模式。
DO～D9構(gòu)成數(shù)據(jù)總線；IAP、IAN、QAP、QAN是輸入差分信號，IDP、IDN、QDP、QDN是輸出差分信號；CLK是外部系統(tǒng)時鐘輸入；DACl、DAC2、DAC3是RF的增益及頻率控制．SHDN是芯片關(guān)斷控制，T／R是發(fā)送／接收模式選擇輸入控制，REFIN、REF、RREFN、COM是高精度1．024 V帶隙基準控制信號；DIN是串行數(shù)據(jù)輸入，SCLK是串行時鐘輸入，CS是片選輸入。
當MAXl9700處于接收模式時。ADC打開，實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換，通道I(CHI)和通道Q(CHQ)在時鐘信號(CLK)上升沿采樣，結(jié)果復(fù)用輸出到DO～D9數(shù)據(jù)總線。CHI數(shù)據(jù)在CLK上升沿刷新，CHQ數(shù)據(jù)在CLK下降沿刷新。CLK之后，DR指示典型時延為8．5 ns，在CHI數(shù)據(jù)刷新時保持高電平，在CHQ數(shù)據(jù)刷新時保持低電平。包括輸出鎖存延時在內(nèi)，CHI總時延時間為5個時鐘周期，CHQ為5.5個時鐘周期。ADC滿量程模擬輸入范圍為±VREF，共模輸入范圍為VDD／2±O．2 V。
當MAXl9700處于發(fā)送模式時，DAC打開，將DBB送入的數(shù)字數(shù)據(jù)通過數(shù)模轉(zhuǎn)換，I通道(ID)數(shù)據(jù)在時鐘信號下降沿鎖存，Q通道(QD)數(shù)據(jù)在時鐘信號上升沿鎖存。I和Q輸出同時在下一個時鐘信號上升沿刷新。每個Tx通道都集成了一個低通濾波器，可滿足TD scD—MA頻譜模板要求。在^MAGE一4．32 MEIz、，0uT一800kHz和^lJK一5．12 MHz時，TD—sc[}MA濾波器可調(diào)諧為1．27 MHz截止頻率和>55 dB的阻帶抑制。
1．2 芯片選擇的原則
目前，集成的ADC和DAC技術(shù)發(fā)展很快，國內(nèi)外市場上的產(chǎn)品也很多，但性能各不相同，可滿足不同場合的要求。因此在手機終端應(yīng)用中。通常有3個選擇原則。
(1)轉(zhuǎn)換位數(shù)高
轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換位數(shù)越高，分辨率越高，精度也越高；同時，其動態(tài)范圍也越大，對系統(tǒng)前端放大器的增益要求就越小，而且轉(zhuǎn)換過程中的互調(diào)產(chǎn)物少，幅度更小。所以，應(yīng)盡量選用轉(zhuǎn)換位數(shù)高的芯片。
(2)信號輸入范圍小
轉(zhuǎn)換器要求的信號輸入范圍越小，則其性能往往也越好。一般來說，轉(zhuǎn)換位數(shù)越高的轉(zhuǎn)換器．它要求的信號輸入范圍也就越小。
(3)功耗小且集成度高
由于芯片是用于手機終端的，因此要求功耗小，能使整個系統(tǒng)達到省電的目的。另外，由于手機電路板的集成度越來越高，體積的要求越來越小，因此芯片的高集成也就成為趨勢，所以應(yīng)選擇集成度高、體積小的芯片。
2 在TD-SCDMA終端中的應(yīng)用
TD-SCDMA終端的簡單原理框圖如圖2所示。其中，RF部分負責(zé)尤線信號的收發(fā)；ABB負責(zé)A／D和D／A變換及控制接口等；DBB負責(zé)4層(移動通信的通信協(xié)議通常分為4層：應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層)軟件的運行，實現(xiàn)各層功能。
ABB模塊需要實現(xiàn)的是10位ADC和DAC，且滿足標準中對指標的要求。MAXl9700擁有許多適合這一模塊的優(yōu)點：雙路10位ADC和DAC復(fù)用數(shù)據(jù)總線可以節(jié)省信號線；低功耗及關(guān)斷設(shè)計可以有效地控制整個終端的耗電量；串行接口兼容SPI和Microwlre，可以方便地對芯片工作模式進行設(shè)置；集成TD-SCDMA濾波器，阻帶抑制>55 dB，可有效地節(jié)省PcB布局布線面積；7 mm×7mm的小尺寸封裝可節(jié)省面積。因此在設(shè)計中選擇這款專為TD-SCDMA標準設(shè)計的芯片。
下面針對MAXl9700的模擬接口和數(shù)字接口分別介紹。
2.1 RF-ABB模擬接口
在Maxim公司提供的參考電路中，MAXl9700用于直接與MAX2507和MAX2392射頻前端接口，組成完整的“RF至數(shù)字”前端解決方案。簡單接口框圖如圖3所示。其中MAX2392為接收器(R)，MAX2507為發(fā)送器(T)。MAXl9700的多個特性可用于實現(xiàn)與MAX2392和MAX2507的直接接口：
◆集成Tx濾波器減少了元件數(shù)量。降低了成本，符合TD-SCDMA頻譜模板要求。
◆可調(diào)DC共模Tx輸出電平。不必使用分立DC電平偏移元件，同時保持TxDAC全動態(tài)范圍。
◆經(jīng)過優(yōu)化的Tx滿量程輸出。不必為I／Q增益控制選用分立放大器。
◆Tx-I／Q失調(diào)校正。無需分立的補償DAC進行失調(diào)補償來提高邊帶/載波抑制能力。
◆建立時間為1μs的輔助DAC，用于VGA和AGC控制，可實現(xiàn)快速、精確的Tx電源和Rx增益控制。
2．2 ABB-DBB數(shù)字接口
根據(jù)上述AD／DA轉(zhuǎn)換的原理，ABB與DBB的接口主要是數(shù)據(jù)總線的連接、模式控制和工作時鐘頻率的提供。其簡單接口框圖如圖4所示。3線串行總線接幾控制MAXl9700工作模式和3個12位輔助DAC。上電時設(shè)置MAXl9700，使其工作在需要的模式。采用3線串行總線接口設(shè)置器件的關(guān)斷、空閉、待機、Rx、Tx或者輔助DAC模式。1個16位數(shù)據(jù)寄存器用于模式控制，該16位字由A3～A0控制位和Dll～D0數(shù)據(jù)位構(gòu)成。串行接口在所有模式下均保持有效。
2.3 應(yīng)用軟件設(shè)計
應(yīng)用程序主要包括硬件的初始化、啟動和關(guān)閉收／發(fā)模塊、串口通信等模塊。
①初始化。主要包括對MAXl9700和射頻模塊的初始化。MAXl9700通過控制寄存器對串口進行配置(包括收發(fā)模塊的串口分配、數(shù)據(jù)長度、時鐘分頻，以及時鐘上升沿或下降沿起作用的控制等)；同時將AGC／APC電壓置為最小，并通過串口對射頻接收／發(fā)送模塊的寄存器進行預(yù)置(如頻點等)，使收／發(fā)模塊處于SHDN模式。此時整個射頻收／發(fā)模塊只有VCO／PLL，串口處于工作狀態(tài)。
②啟動收／發(fā)模塊。VCO／PLL的穩(wěn)定需要一段較長的時間，應(yīng)根據(jù)實際情況提前一個時間量開啟VCO／PLL。然后，啟動接收／發(fā)送通道，加載AGC／APC控制電壓，啟動接收模塊的低噪放(LNA)／發(fā)送模塊的調(diào)制器以及功放(PA)，調(diào)整VGA高通濾波器的截止頻率。最后，啟動ADC／DAC，進行正常數(shù)據(jù)接收／發(fā)送。
③關(guān)閉收／發(fā)模塊。在數(shù)據(jù)接收完畢后，將AGC／APC電壓恢復(fù)為最小值，收／發(fā)模塊處于SHDN模式。
圖5給出了發(fā)送和接收的部分程序流程。
3 總 結(jié)
以MAXl9700為AD／DA轉(zhuǎn)換器的手機終端設(shè)計，有線路簡單、面積小、可靠性高等優(yōu)點，目前重郵信科已經(jīng)將其運用于TD-SCDMA手機終端電路中。在宴際運用過程中，能夠滿足整個電路設(shè)計的要求。但是在TD-SCDMA終端設(shè)計中，無論是重郵信科還是其他的企業(yè)，都集中在數(shù)字基帶芯片的研發(fā)上，而在模擬基帶部分，多采用國外公司的產(chǎn)品。希望在模擬芯片的設(shè)計上能加快步伐，不斷有自己的芯片出來，真正在第三代手機上完全實現(xiàn)自主化。
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