TD-SCDMA終端測試儀中ADC/DAC和射頻模塊的設計

作者：時間：2007-12-20 來源：網絡

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摘要：本文介紹了TD-SCDMA終端 測試儀的系統設計及工作原理。分析了終端 測試儀對ADC/DAC和射頻模塊的要求，同時介紹了MAX19700、MAX2507、MAX2392芯片。重點描述了測試儀如何控制芯片收發信號。
關鍵詞：TD-SCDMA;MAX19700;MAX2507;MAX2392

　　引言

　　TD-SCDMA產業鏈規模發展迅速。隨著3G牌照發放日益臨近，擺在終端制造商面前的難題是如何盡快提供好的手機，所以，對終端的性能測試迫在眉睫。

　　TD-SCDMA終端測試儀提供了解決方案。它的主要功能是測試生產線上每臺終端能否支持特定的業務。TD-SCDMA終端測試儀的實現十分復雜，它必須實現3GPP空中接口中物理層、部分MAC、RLC和RRC層功能，以及模擬部分CS域或PS域核心網功能。物理層的主要功能是完成3GPP協議25.221～25.224規定的功能，包括傳輸信道向物理信道映射、編碼與復用、調制和擴頻，以及物理層過程。不同于一般NodeB的物理層，終端綜合測試儀的物理層還要完成射頻數據采集任務，它是測量算法測試終端射頻指標的依據。

　　而測試儀對ADC/DAC和射頻模塊進行控制，保證測試儀穩定可靠地進行射頻數據采集，是設計中非常關鍵的環節。

　　終端測試儀簡介

　　基于軟件無線電技術的數字化TD-SCDMA終端測試儀，是由RF器件、ADC/DAC、大容量FPGA和高速DSP構成的具有高度靈活性、開放性的通信系統，各種相關的通信任務都能夠用軟件完成。其中，主處理器由ARM核+DSP+FPGA 構成。為了和已有系統兼容，ARM+DSP 擬采用一個OMAP1612。開放式多媒體應用平臺(OMAP)處理器內含一個增強型ARM處理器(ARM925)和低功耗定點DSP(TMS320C55x)。設計這一雙核心組件的目的就是為了有效地處理多媒體和MMI應用。

　　由圖1所示，在終端測試儀中，RF模塊外接天線以完成模擬信號的接收和發送;ADC/DAC完成模擬信號和數字信號之間的相互轉換;ARM作為主控制器，完成與微機接口，處理通信協議和其它相關的應用協議，協調并控制各個處理器之間、外設接口之間的工作等;FPGA芯片完成并行處理、數據量大、重復性強、速度要求高的數字信號處理運算;而DSP芯片處理系統控制和配置功能，充分發揮其尋址方式靈活、通信機制強大的優點。從DSP的角度來看，FPGA相當于它的協處理器;DSP通過本地總線對FPGA進行配置、參數設置及數據交互，實現軟硬件之間的協同處理。

圖1 TD-SCDMA終端測試儀模型

　　芯片介紹與接口連接

　　本方案采用MAX2392和MAX2507 RF芯片。

　　射頻接收單元MAX2392接收器內部包括：RF LNA、直接轉換混頻器、用于TD-SCDMA信道濾波的基帶濾波器和AGC放大器。該芯片還集成了VCO及合成器，這一單芯片方案可大大降低成本，減小系統尺寸，元件數量比超外差方案減少50%。從天線接收的信號經過雙工器后，先通過頻帶選擇濾波器選擇有用的頻帶信號，微弱的信號經過LNA放大后，通過I/Q解調器變成模擬基帶I/Q信號，模擬基帶I/Q信號經過信道濾波的低通濾波器和ACG放大器后，送至模擬前端，完成對基帶I/Q信號的數字化處理。而該芯片具有90dB以上的增益控制，接收下限靈敏度能達到-112dBm，滿足終端測試儀的要求。

　　射頻發射單元MAX2507是一款集成了功率放大器，并能滿足TD-SCDMA指標要求的直接轉換發送器。它集成了I/Q調制器、 PLL、VCO、AGC放大器和功率放大器。模擬基帶I/Q信號經過正交調制后，完成基帶信號到頻帶信號的直接轉換，并通過AGC放大器進行放大，放大后的頻帶信號經過片外帶通濾波器濾除帶外的無用信號分量后，再經過功率放大器、雙工器，并最終通過天線發射出去。片外帶通濾波器可以大大降低發射機對相鄰信道的干擾，提高發射機的ACRP指標。

　　ABB模塊使用MAX19700, MAX19700系列基帶轉換器是超低功耗、混合信號模擬前端(AFE)，專為TD-SCDMA手機和數據卡設計，能夠以極低的功耗提供出色的動態特性。MAX19700集成了一個大規模陣列：雙10位、11Msps接收ADC和雙10位、11Msps發送DAC，帶有TD-SCDMA低通Tx濾波器。AVDD=+3V、OVDD=+1.8V，Fclk=5.12Msps時，典型功耗為38mW。另外，該芯片還集成了3個12位控制DAC，用于快速建立AFC、AGC和APC。

　　在該移動終端上的射頻模塊可以完成一路信號在同一時刻的收發工作，當然也可以完成更多時隙信號的順序收發。基帶通過對MAX19700進行控制，完成A/D、D/A采樣。其中A/D、D/A轉換和RF控制由OMAP1612平臺的3線SPI串口通過FPGA實現，包括串口使能和芯片寄存器設置。而RF芯片和ADC/DAC的片選以及MAX19700的收發選擇是由OMAP1612平臺的GPIO功能通過FPGA實現。接口的連接如圖2所示。

圖2 終端測試儀基帶與RF接口設計

　　模塊的控制過程

　　通過編寫DSP驅動程序可實現對RF模塊和ADC/DAC的控制。先對RF模塊和ADC/DAC進行初始化配置，然后編寫控制子程序給高層或物理層提供接口，最終由高層或物理層軟件給子程序提供參數，實現模塊的控制功能。

　　首先設置SPI接口，并編寫SPIWrite子程序，以供需要使用SPI串口發送數據時調用。然后設置GPIO，控制OMAP1612的GPIO引腳輸出，以進行對各個器件的上電使能、MAX19700的收發選擇等。

　　在SPI接口和GPIO引腳的初始化設置完成以后，就可以對MAX2507、MAX2392、MAX19700器件的初始化參數AFC、AGC、APC的初始化值進行設置。

　　通過設置MAX2507的OPCTRL寄存器，使芯片的PLL打開并采用frac-N模式，Fcom= 13MHz。設置SYNTH和FRAC寄存器，使發射載波頻率初始為2010.8MHz。

　　通過設置MAX2392的OPCTRL寄存器，使芯片處于ON狀態(非空閑和非關閉狀態)，共模電壓設為1.42V，設置CONFIG寄存器，打開片上LNA、VCO和內部電路。設置RFM和RFR寄存器，使接收載波頻率初始為2010.8MHz。

　　通過設置MAX19700的ENABLE-16寄存器,使芯片處于ON狀態，打開所有輔助DAC通道，收發慢交換并初始為接收模式，滿量程設為820mVP-P。設置COMSEL寄存器，使發送通道輸出共模電壓為1.4V。設置IOFFSET和QOFFSET寄存器，使通道I和Q的失調控制電壓為0mV。設置Aux-DAC1、 Aux-DAC2 和 Aux-DAC3寄存器，使AFC、AGC和APC的初始輸出電壓分別為1.5V、1.8V和0.6V。

　　初始化設置完成后，根據信號收發的實時環境，由高層提供的參數調用子程序，實現頻點的選擇、自動頻率的控制、接收信號自動增益的控制，以及發送信號自動功率的控制。

　　子程序的控制流程如下：

　　B-ctrlRF：頻點選擇子程序，參數為RFN=當前頻點號，使當前頻點的頻率為F=0.2RFN,單位是MHz，故當RFN改變一個單位，頻率改變0.2MHz。設置基頻點號為10054，故基頻就為2010.8MHz。流程如圖3所示。