引言

本文继续细化前文"选择用于低成本软件无线电的FPGA"中的细节.

目前我找到了3种方案.

  1. 直接采样方案.
  2. 超外差方案. Superheterodyne Receiver
  3. 正交超外差方案. Direct Conversion Receiver(DCR), Homodyne, Zero-IF

ZTE的一篇Design of Software-Defined Down-Conversion and Up-Conversion: An Overview

ZTE Superheterodyne Receiver

文中说超外差主要用于高频应用, 如LTE和802.11ac, 主要的问题是牛x的滤波器不好设计, 而提高IF有利于简化滤波器设计, 但IF提高后虽然镜像频率问题得到解决, 但会让相邻的信号出现在IF内, 那么就需要增加IF滤波器.

ZTE image theory

ZTE Direct-Conversion Receiver

在DCR中, 滤波器得到了简化, 只需要LPF, 不需要高Q值滤波器是DCR的一大优势, 但是DCR也有一堆问题(直流偏移, even-order distortion, 载波泄漏, IQ不平衡)

On the Direct Conversion Receiver -- A Tutorial

文中介绍DCR是在单片radio的驱动下发展起来的.

Superheterodyne Receiver

同样也从超外差开始, 一般第一个RF Band-Select滤波器是一个SAW器件, 在LNA后的Image-Reject也很重要, 一般是一个陶瓷谐振滤波器, 如去掉的话, 会由于镜像频率的增大而导致LNA的噪声增大. IF频率越高, 对这个image-Reject滤波器的要求越低. 在mix到IF后, 需要一个channel选择滤波器, 该滤波器也是一个SAW滤波器. 双IF可以为滤波器提供更宽的区间. 但设计起来比较麻烦.

所以这个架构不适合做成单片radio, 而且使用SAW之类的器件需要阻抗匹配等麻烦问题, 因此接收机的外围器件很多. 而对于宽带接收机, 由于使用了不可调的多个器件, 因此很难提高接收的带宽, 且受限于器件.

Hartley Image-Reject

Hartley巧妙的利用三角恒等式解决了image的问题, image被抵消了.

Weaver Image-Reject

两个Hartley组成Weaver Image-Reject Receiver. 但这两种都要求IQ通道的一致性.

Low IF Single Conversion Receiver

这个方案是为了去除DCR的直流产生的各种影响, 同时保留了DCR不需要高Q滤波器的优点, 但这时就需要一个高速高分辨率的ADC.

Wideband IF with Double Conversion Receiver

类似于超外差, 最后是类似DCR转到zero-IF上.

Direct Conversion Receiver

零中频方案很适合多频带, 多标准的工作, 但有些问题, 导致这种方案一直不如超外差方案. 如由LO自己和自己的信号混频导致的DC输出. 在某些应用中, 这个DC不能用电容隔开, 因为信息会留在低频中, 因此一般采用的是DSP中的DC消除.

hackrf rf block

图为HackRF的MAX一对芯片的框图, 可以看出max2837实现了DCR的下变频, 而MAX5864实现了ADC采集.

LMS6002D

大家经常使用LM6002D的框图, 最下面从右至左也是DCR的结构.

ad9361

Ettus公司B2x0系列的RF前端AD9361的采集部分框图, 也是DCR架构.

ad9862

Ettus公司其他系列都使用的类似AD9862这样的ADC, 通过接不同的子板来实现不同的频段, 当然也可以直接采样, 如BasicRX和LFRX板.

ADC

型号 Res SR SNR SFDR PC(Typ) AIB vcc Price Pkg Comment
LTC2141-12 12 40 70.8 89 65 750 1.8 11.5 QFN64
AD9231-40 12 40 71.5 90 121.5 700 1.8 12 LFCSP64 rs146
ADS4222 12 65 61.5 150.8 200 1.8 7.50 LFCSP64 ele131
MAX19515 10 65 60.1 77 85 850 1.8 7.92 TQFN48 mo99
AD9204-65 10 65 61.5 150.8 200 1.8 7.50 LFCSP64 ele131 淘宝68.3

AD9238-40 | 12 | 40 | 71.5| 90 | 121.5 | 700 | 3.0 | 12.14 | LQFP64 | 淘宝有35 rs127 LTC2292 | 12 | 40 | 70.8| 89 | 65 | 750 | 3.0 | 11.88 | QFN64 | ADC12DL040 | 12 | 40 | 69 | 85 | 210 | 250 | 3.0 | 10 | TQFP | ADS5237 | 10 | 65 | 61.5| | 150.8 | 200 | 3.3 | 9.49 | TQFP | ele132 LTC2288 | 10 | 65 | 70.8| 89 | 65 | 750 | 3.0 | 7.50 | QFN64 | AD9216-65 | 10 | 65 | 61.5| | 150.8 | 200 | 3.0 | 7.59 | LFCSP64 | rs85.9

Power

AD9238 FX2 XC6SLX9 UDA1334
AVDD 2.7~3.6 200m VCC 3.0~3.6 85m VCCINT 1.2 1.2A VDDA 1.8~3.6 3ma
DRVDD 2.3~3.6 10m@2.5 VCCAUX 2.5,3.3 40m VDDD 1.8~3.6 2ma
VCCO 1.1~3.45 30m
其中FPGA的VCCAUX
  1. 如接2.5V可以减少功耗40%.
  2. 如果在配置时, VCCO_2为1.8V, 则VCCAUX必须为2.5V
  3. 如果VCCO_2为2.5V或3.3V,则VCCAUX可以为2.5V或3.3V
  4. -1L在使用一些IO Standard时必须为2.5V.
  5. 在3.3V时, 下拉电阻要小一点儿, 差分端接电阻需要为100ohm

TPS542 TPS543 TPS562

LMR10515 LMR10520 TLV62090 TLV62065 LM2831 TPS62060 LM2832 TPS62065 TPS62067 TLV62130 TPS62140 TPS62085 TPS62090 TPS62130

项目名称 时钟
[PA3FWM][L1] Crystal
[bladeRF][L3] DAC Controlled VCXO to Clk buffer SI5338
Ettus USRP1 TCXO AD9513
Ettus USRP2 TCXO AD9510 & exclk DS90CP22 AD9510
[Ettus B100][L4] TCXO AD9522
Ettus B2x0 TCXO ADF4001
Ettus N2x0 TCXO SY89545L AD9510
HackRF One SI5351
[HPSDR][L5]&Hermes VCXO SN65LVDM180D + 10M TCXO for FPGA
[Myriad-RF][L6] VCTCXO CDCV304PW
OsmoSDR SI570 SN65LVDS2
UmTRX VCTCXO SI5330
  1. 时域
    • Period Jitter: 在定义的所有周期中, 最大的jitter减去平均的jitter.
    • Period Jitter Peak-to-Peak: 在n个中, 最大的时钟周期减去最小的时钟周期.
    • Cycle-to-Cycle Jitter: 在n个相邻的两个周期之间最大的差.
    • Cycle-to-Cycle Jitter peak-to-peak: 在n个相邻的两个周期的差的最大值和最小值的差.
    • Time Interval Error(TIE):
  2. 频域
    • Phase Jitter: 这个是将Phase Noise在离载波一定范围内积分.
    • Phase Noise: 信号功率比噪声功率, 并归一化到载波偏移一定量时, 1Hz带宽.

Basics of Clock Jitter Understanding SYSCLK Jitter 抖动计算器

LX9 Micro | LX9 | 400mA Anvyl | LX45 | 2A+ Nexys3 | LX16 | 3A(.2A~1.9A) 200mA IO SP601 | LX16 | 8A

http://www.xilinx.com/support/documentation/sw_manuals/xilinx14_7/isehelp_start.htm#pim_c_introduction_indirect_programming.htm

DCR

典型的应用可以参考LTM9004 CMX994


  1. 这一行数据主要来自各自器件的DC and AC switching characteristic中的Recommended Operating Conditions. 


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