新一代現(xiàn)場可編程射頻芯片LMS7002M

新一代現(xiàn)場可編程射頻芯片LMS7002M當今的LTE移動通信系統(tǒng)標準為全球市場分配了不同制式和頻段，LTE手機要做到真正的全球覆蓋，需要約40種以上不同的組合。射頻工程師為避免受限于單一市場，將射頻芯片設計成可編程的，這種技術稱為現(xiàn)場可編程射頻芯片，簡稱FPRF。LMS7002M是LimeMicrosystems公司新一代FPRF芯片，在寬帶無線通信、軟件無線電（SDR）、認知無線電、無人機（UAV）領域具有很好的應用前景標簽：FPRF1.現(xiàn)場可編程射頻芯片結(jié)構(gòu)。圖一顯示了FPRF的主要部分，F(xiàn)PRF發(fā)送器將數(shù)字化的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成無線信號。接收器則執(zhí)行相反的操作，這與非FPRF芯片相同，但是FPRF具有可編程射頻頻率（可編程PLL）、可編程增益和可編程帶寬的功能。LMS7002M是LimeMicrosystems公司新一代FPRF芯片，具有以下特點[1]：現(xiàn)場可編程無線電頻率（FPRF）芯片具有雙收發(fā)器理想的MIMO用戶可在線編程連續(xù)覆蓋100千赫-3.8千兆赫射頻頻率范圍片上集成12位D/A轉(zhuǎn)換器和A/D轉(zhuǎn)換器可編程射頻調(diào)制帶寬，模擬接口支持高達160M的射頻帶寬，數(shù)字接口支持高達96M的帶寬支持TDD和全雙工FDD數(shù)字IQ接，兼容JEDECJESD207TDD和FDD標準數(shù)字信號處理器實現(xiàn)高級處理技術以增強性能單芯片支持2x2MIMO，可以使用多個芯片實現(xiàn)高階MIMO，具有射頻校準功能全差分基帶信號，模擬IQ調(diào)制，極少的外部器件，低電壓操作，包括1.25V、1.4V和1.8V的LDO，僅需1.8V單電源電壓片上集成微控制器，可用于校準、調(diào)整和控制集成時鐘鎖相環(huán)可生成靈活的時鐘配置可用戶自定義模擬和數(shù)字濾波器具有射頻和基帶接收信號強度指示器（RSSI），片上集成溫度傳感器261針AQFN11.5x11.5毫米封裝，ADC/TSP可選powerdown功能，串口接口與基帶處理器相連低功耗、全2x2MIMO模式典型功耗880mw（SISO模式典型功耗550mw）多種旁路模式以獲得更大的靈活性LMS7002M功能圖[1]如下：2.發(fā)送在發(fā)送路徑中，從基帶處理器來的I/Q數(shù)據(jù)采樣，通過數(shù)字接口輸入到LMS7002芯片，數(shù)字接口實現(xiàn)了JESD2007模式和I/Q多路復用的模式，在JESD2007模式下采用的DDR（DoubleDataRate）傳輸方式，在I/Q多路復用的模式下采用SDR（SingleDataRate）的傳輸方式，I/Q數(shù)據(jù)采樣通過數(shù)字收發(fā)信號處理器進行預處理，通過預處理以減小模擬和射頻的失真，數(shù)據(jù)通過片上數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）轉(zhuǎn)換成模擬信號，用戶可選旁路片上DAC和TSP，從而實現(xiàn)將外部模擬信號通過TXIN直接注入到LMS7002，之后信號進行低通濾波（TXLPF）。濾波器（TXLPF）的通帶可由用戶編程，可選范圍從1.5MHz至28MHz多達16種帶寬。濾波將信號限制到所需要的設計帶寬，并衰減掉帶外噪聲或來自DAC的混疊信號[2]。通過發(fā)送濾波器（TXLPF），信號提升約6dB，隨后的可編程基帶放大電路提供最高達31dB、增量為1dB的增益。然后信號經(jīng)混頻后直接射頻輸出（零中頻）。射頻增益（TXPAD）提供功率放大。發(fā)送功率無需進一步放大就可以進行短距離（數(shù)十米）的通信。當然用戶也可選用外部放大電路增加通信距離。3.接收在接收端，每一個輸入分別提供三個窄帶或?qū)拵Чぷ鞯膶Ｓ肔NA。每個端口射頻信號首先由可編程低噪聲放大器放大（RXLNA）。射頻信號進行混合接收鎖相環(huán)（RXPLL）輸出直接向下轉(zhuǎn)換為基帶。AGC步驟可以由基帶跨阻抗放大器實現(xiàn)（RXTIA），然后經(jīng)過可編程的通道選擇/抗混疊濾波器（RXLPF）。接收的IQ信號由可編程的增益放大器RXPGA進一步放大。消除直流偏移應用于RXTIA的輸入端以防止飽和失真并保持接收ADC的動態(tài)范圍。之后模擬接收IQ信號通過接收ADC芯片被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。用戶可選旁路片上ADC和TSP，通過閉合RXOUT開關，實現(xiàn)將片內(nèi)模擬信號通過RXOUT管腳直接輸出到LMS7002片外，若沒有使用旁路，收發(fā)信號處理器（TSP）進一步處理信號，然后通過數(shù)字IQ接口提供給基帶處理。LMS7002M提供三種不同的低噪聲放大器（LNA）選項。通用的寬帶輸入電路（RXLNAW）用于處理頻譜從300MHz至3.8GHz的射頻輸入信號。考慮到性能優(yōu)化，RXLNAL針對300MHz至2.8GHz的信號進行了性能優(yōu)化，而RXLNAH針對1.5GHz至3.8GHz的信號進行了性能優(yōu)化。4.PLL收發(fā)混頻器使用不同的PLL時鐘輸入，發(fā)送PLL合成器將輸入PLL時鐘乘以一個可編程的比值，然后產(chǎn)生一個具有嚴格精度的穩(wěn)定頻率并提供上變頻功能。相應的接收PLL合成器采用相同的方式為接收端提供直接下變頻功能。5.回環(huán)LMS7002M提供射頻環(huán)回選擇Switch使TXOUT射頻信號反饋到RX混頻器的輸入端，以便實現(xiàn)基帶進行校準和測試的目的。射頻環(huán)回信號通過環(huán)回放大放大器，以增加環(huán)路的動態(tài)范圍。有兩個額外的循環(huán)回選項實現(xiàn)，一個是模擬基帶（BB）回環(huán)，另一個是數(shù)字環(huán)回（DLB）。通過將發(fā)送端的TXBBLPF與接收端的TXBBLPF相連的，模擬回路可以測試模擬通路，而DLB可以用來驗證LMS7002M連接基帶，F(xiàn)PGA，DSP或任何其他數(shù)字電路。6.配置收發(fā)各個功能單元都是通過標準的SPI接口訪問控制邏輯實現(xiàn)配置。一方面每個單元通過加載字（16位）進行靜態(tài)配置編程，另一方面，通過配套軟件也可以對復