1 ?引言
WiMAX全稱World Interoperability for Microwave Access,即全球微波接入互操作性。WiMAX的另一個名字是IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn),或廣帶無線接入(Broadband Wireless Access,BWA)標(biāo)準(zhǔn)。它是一項無線城域網(wǎng)技術(shù),是針對微波和毫米波頻段提出的一種新的空中接口標(biāo)準(zhǔn)。Sierra Monolithics公司推出的雙頻段單片收發(fā)器SMI7035,適用于面向BWA應(yīng)用的低成本CPE(用戶終端設(shè)備),支持WiMAX產(chǎn)品。
2 芯片主要性能特點[1]
●工作頻帶范圍:3.3 ~3.8 GHz 或 2.3 ~2.7 GHz 。
●高接收靈敏度(-100 dBm),并且具有不小于75db的增益控制。
●發(fā)送器提供55dB的增益控制范圍。
●雙頻段轉(zhuǎn)換;
●集成兩個頻率合成器
小數(shù)分頻頻率合成器:頻率間隔為125 kHz,轉(zhuǎn)換時間小于90μs。
整數(shù)分頻頻率合成器:頻率間隔為2 MHz,轉(zhuǎn)換時間小于90μs。
●通過串行接口(SPI)與控制微處理器的接口進(jìn)行連接;可以靈活配置收發(fā)頻率等參數(shù)。
●電壓供電采用+5V 和+3.3 V。
●1.73瓦的低功耗設(shè)計。
●采用48 pin QFN封裝,外形尺寸只有7×7mm。
3? 芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)
SMI7035芯片主要分為接收機(jī),發(fā)射機(jī),接收信號強(qiáng)度指示電路,頻率合成器等幾個部分。
3.1 接收機(jī)部分
接收機(jī)采用二次變頻的外差式方案,首先,射頻信號由管腳RX_RF進(jìn)入,通過低噪聲放大器,利用帶通濾波器濾波后,進(jìn)入鏡頻抑制混頻器,與來自小數(shù)頻率合成器的本振信號混頻,得到高中頻信號(高中頻信號頻率等于接收信號頻率和本振頻率的差),由片外的聲表面波濾波器選出穩(wěn)定的456MHz高中頻信號,穩(wěn)定的高中頻信號進(jìn)入第二個鏡頻抑制混頻器與來自整數(shù)分頻頻率合成器的本振信號混頻,由濾波器濾波后選出低中頻信號(頻帶為32~62 MHz,頻率間隔為2 MHz),經(jīng)過放大,濾波,自動增益控制,通過管腳RX_IF_P和RX_IF_N差分輸出[2]。
3.2 發(fā)射機(jī)部分
發(fā)送的數(shù)據(jù)由TX_IF_P和TX_IF_N兩引腳進(jìn)入芯片,通過放大器后,進(jìn)入鏡頻抑制混頻器與來自整數(shù)分頻頻率合成器的本振信號混頻,通過片外的聲表面波濾波器濾波后得到中頻信號,中頻信號進(jìn)入片內(nèi)鏡頻抑制混頻器與來自小數(shù)分頻頻率合成器的本振信號混頻,得到發(fā)射信號,經(jīng)過增益控制,高功率放大器放大后的射頻信號最終被調(diào)制到3.3~3.8 GHz 或 2.3~2.7 GHz,由管腳TX_RF輸出到天線發(fā)射出去。
3.3 接收信號強(qiáng)度指示電路(RSSI)
接收信號強(qiáng)度指示器的輸出電壓是對中頻信號進(jìn)行處理得到的直流電壓,其電壓大小和接收到的信號強(qiáng)弱成正比。RSSI信號可用作故障檢測、收發(fā)中的握手信號以及射頻通道的選擇信號。
3.4 頻率合成器
頻率合成器由整數(shù)分頻頻率合成器和小數(shù)分頻頻率合成器組成。
3.4.1整數(shù)分頻頻率合成器(基于電荷泵鎖相環(huán))
圖1 整數(shù)分頻頻率合成器結(jié)構(gòu)
在鎖相環(huán)路輸入端無信號輸入時,壓控振蕩器按固有頻率運(yùn)行,當(dāng)環(huán)路輸入端有信號輸入時,鑒頻鑒相器對輸入信號的相位和壓控振蕩器輸出信號的相位進(jìn)行比較,然后輸出一個代表兩信號相位差的誤差信號。鑒頻鑒相器輸出信號將控制電荷泵電路對環(huán)路低通濾波器充放電以形成對壓控振蕩器的控制電壓,該控制電壓與鑒相誤差成正比,從而迫使壓控振蕩器的相位(頻率)朝減小鑒相誤差的方向改變。最終當(dāng)鎖相環(huán)鑒相輸出誤差為零時,就表示鎖相環(huán)路進(jìn)入鎖定狀態(tài)。此處的分頻器的分頻值是整數(shù),所以叫整數(shù)分頻頻率合成器。整數(shù)分頻頻率合成器輸出信號的頻率一定是參考輸入信號頻率的整數(shù)倍,輸出信號之間的最小頻率間隔等于參考輸入信號的頻率,而這一點也正是整數(shù)頻率合成器的局限所在[3]。
3.4.2 ∑-△調(diào)制小數(shù)分頻鎖相頻率合成器[4-5]
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圖2 小數(shù)分頻鎖相頻率合成器結(jié)構(gòu)
圖2中N代表分頻比的整數(shù)部分,F(xiàn)代表分頻比的小數(shù)部分。小數(shù)分頻頻率合成器的輸出信號頻率不必是參考信號頻率的整數(shù)倍,而可以是參考信號頻率的小數(shù)倍,輸出信號的最小頻率間隔由參考信號頻率和小數(shù)分頻頻率合成器的分辨位數(shù)決定。與整數(shù)頻率合成器相比,小數(shù)頻率合成器可以采用頻率較高的參考信號,從而獲得較大的系統(tǒng)環(huán)路帶寬和較小的調(diào)整時間,同時,也可以得到較高精度的輸出頻率;另一方面,理論上,保持輸出信號頻率不變的情況下,提高參考信號的頻率,可以有效地降低輸出信號的相位噪聲,而小數(shù)頻率合成器可以使用較高頻率的參考信號,因此,可以獲得更好的相位噪聲性能。在典型的小數(shù)分頻鎖相頻率合成器中,小數(shù)分頻比是通過在M個參考周期內(nèi)進(jìn)行a次N分頻和b次N十1分頻來實現(xiàn)。通常采用相位累加器的溢出來控制程序分頻器的除N或除N+1工作模式,以實現(xiàn)小數(shù)分頻。
圖3 數(shù)字一階∑-△調(diào)制器結(jié)構(gòu)
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