MAXl9700在TD-SCDMA終端中的應(yīng)用

引 言
TD-SCDMA是由中國(guó)無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)化組織(CWTS)提出并得到ITU通過的3G無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)。這一標(biāo)準(zhǔn)的提出標(biāo)志著我國(guó)在移動(dòng)通信技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)進(jìn)入世界先進(jìn)行列，目前國(guó)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(guó)際移動(dòng)通信行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。在終端設(shè)計(jì)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(guó)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(dòng)終端中的應(yīng)用，對(duì)實(shí)際終端設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值

1 工作原理及芯片選擇
在手機(jī)終端基帶模塊中，模擬基帶部分主要是將射頻送過來(lái)的I／Q模擬信號(hào)經(jīng)過A／D轉(zhuǎn)換變成DSP處理器能夠識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，然后由DSP進(jìn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)處理；同時(shí)將DBB處理器送來(lái)的數(shù)字信號(hào)經(jīng)過D／A轉(zhuǎn)換變成I／Q模擬信號(hào)，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(gè)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(shí)集成了TD-SCDMA低通濾波器以及3個(gè)12位控制DAC，用于快速設(shè)立AGC(自動(dòng)增益控制)、VGA(可變?cè)鲆娣糯笃?和AFC(自動(dòng)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(jī)、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(hào)，IDP、IDN、QDP、QDN是輸出差分信號(hào)；CLK是外部系統(tǒng)時(shí)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(zhǔn)控制信號(hào)；DIN是串行數(shù)據(jù)輸入，SCLK是串行時(shí)鐘輸入，CS是片選輸入。

當(dāng)MAXl9700處于接收模式時(shí)。ADC打開，實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換，通道I(CHI)和通道Q(CHQ)在時(shí)鐘信號(hào)(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(shí)延為8．5 ns，在CHI數(shù)據(jù)刷新時(shí)保持高電平，在CHQ數(shù)據(jù)刷新時(shí)保持低電平。包括輸出鎖存延時(shí)在內(nèi)，CHI總時(shí)延時(shí)間為5個(gè)時(shí)鐘周期，CHQ為5.5個(gè)時(shí)鐘周期。ADC滿量程模擬輸入范圍為VREF，共模輸入范圍為VDD／2O．2 V。

當(dāng)MAXl9700處于發(fā)送模式時(shí)，DAC打開，將DBB送入的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通過數(shù)模轉(zhuǎn)換，I通道(ID)數(shù)據(jù)在時(shí)鐘信號(hào)下降沿鎖存，Q通道(QD)數(shù)據(jù)在時(shí)鐘信號(hào)上升沿鎖存。I和Q輸出同時(shí)在下一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)上升沿刷新。每個(gè)Tx通道都集成了一個(gè)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(shí)，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(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上的產(chǎn)品也很多，但性能各不相同，可滿足不同場(chǎng)合的要求。因此在手機(jī)終端應(yīng)用中。通常有3個(gè)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(shí)，其動(dòng)態(tài)范圍也越大，對(duì)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(hào)輸入范圍小
轉(zhuǎn)換器要求的信號(hào)輸入范圍越小，則其性能往往也越好。一般來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)換位數(shù)越高的轉(zhuǎn)換器．它要求的信號(hào)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(jī)終端的，因此要求功耗小，能使整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到省電的目的。另外，由于手機(jī)電路板的集成度越來(lái)越高，體積的要求越來(lái)越小，因此芯片的高集成也就成為趨勢(shì)，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(jiǎn)單原理框圖如圖2所示。其中，RF部分負(fù)責(zé)尤線信號(hào)的收發(fā)；ABB負(fù)責(zé)A／D和D／A變換及控制接口等；DBB負(fù)責(zé)4層(移動(dòng)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(yùn)行，實(shí)現(xiàn)各層功能。

ABB模塊需要實(shí)現(xiàn)的是10位ADC和DAC，且滿足標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)指標(biāo)的要求。MAXl9700擁有許多適合這一模塊的優(yōu)點(diǎn)：雙路10位ADC和DAC復(fù)用數(shù)據(jù)總線可以節(jié)省信號(hào)線；低功耗及關(guān)斷設(shè)計(jì)可以有效地控制整個(gè)終端的耗電量；串行接口兼容SPI和Microwlre，可以方便地對(duì)芯片工作模式進(jìn)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 mm7mm的小尺寸封裝可節(jié)省面積。因此在設(shè)計(jì)中選擇這款專為TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的芯片。

下面針對(duì)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(jiǎn)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(gè)特性可用于實(shí)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(shí)保持TxDAC全動(dòng)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(wú)需分立的補(bǔ)償DAC進(jìn)行失調(diào)補(bǔ)償來(lái)提高邊帶/載波抑制能力。
◆建立時(shí)間為1μs的輔助DAC，用于VGA和AGC控制，可實(shí)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(shí)鐘頻率的提供。其簡(jiǎn)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(gè)12位輔助DAC。上電時(shí)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(jī)、Rx、Tx或者輔助DAC模式。1個(gè)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(jì)
應(yīng)用程序主要包括硬件的初始化、啟動(dòng)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(duì)MAXl9700和射頻模塊的初始化。MAXl9700通過控制寄存器對(duì)串口進(jìn)行配置(包括收發(fā)模塊的串口分配、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、時(shí)鐘分頻，以及時(shí)鐘上升沿或下降沿起作用的控制等)；同時(shí)將AGC／APC電壓置為最小，并通過串口對(duì)射頻接收／發(fā)送模塊的寄存器進(jìn)行預(yù)置(如頻點(diǎn)等)，使收／發(fā)模塊處于SHDN模式。此時(shí)整個(gè)射頻收／發(fā)模塊只有VCO／PLL，串口處于工作狀態(tài)。
②啟動(dòng)收／發(fā)模塊。VCO／PLL的穩(wěn)定需要一段較長(zhǎng)的時(shí)間，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況提前一個(gè)時(shí)間量開啟VCO／PLL。然后，啟動(dòng)接收／發(fā)送通道，加載AGC／APC控制電壓，啟動(dòng)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(dòng)ADC／DAC，進(jìn)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(jī)終端設(shè)計(jì)，有線路簡(jiǎn)單、面積小、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，目前重郵信科已經(jīng)將其運(yùn)用于TD-SCDMA手機(jī)終端電路中。在宴際運(yùn)用過程中，能夠滿足整個(gè)電路設(shè)計(jì)的要求。但是在TD-SCDMA終端設(shè)計(jì)中，無(wú)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(guó)外公司的產(chǎn)品。希望在模擬芯片的設(shè)計(jì)上能加快步伐，不斷有自己的芯片出來(lái)，真正在第三代手機(jī)上完全實(shí)現(xiàn)自主化。