基于CX9261射频收发器的多模通信系统架构设计

概述

浙江省微波毫米波射频产业联盟旗下杭州城芯科技有限公司全正向研发的CX9261是一款宽带、高性能、多通道射频收发器，基于软件无线电理念设计，片内集成了射频收发器所需的RF、ADC/DAC以及数字上下变频等电路，极大地减少了射频链路设计的复杂度，系统集成度高。该射频收发器已广泛应用于智能终端、数据链以及毫微微蜂窝/微微蜂窝/微蜂窝基站等无线通信系统中。

随着以信息技术为核心的通信应用变革不断深入，多类信息应用终端逐渐增多，在日常生活、团队活动、抗震救灾等特殊行动中发挥了积极作用。杭州城芯科技有限公司自主研发的宽带多模射频收发芯片CX9261可为多模智能终端提供有效的硬件支撑，其工作频率、信号带宽与通道数量等参数独立可配，可以满足多模终端大部分应用场景，实现宽带、窄带、公网、专网等多种通信模式的并发工作，可极大简化多模通信终端的系统设计。

芯片概述

CX9261射频收发器集成低噪放、上/下混频器、多模滤波器、自动增益控制、直流偏移对消、功率强度检测、ADC/DAC、驱动放大器、电源管理、小数分频频率综合、逻辑控制、抽取/插值滤波、数字下变频和自动校准等功能，具有通用化设计、宽频带覆盖、宽窄带信号兼容、低功耗等特点。
       器件通道1和通道2的工作频率范围为70MHz~2.7GHz，通道3工作频率范围为1.2GHz~1.8GHz，片内可调谐带宽为20kHz至60MHz。
       器件的接收通道采用直接变频架构，由低噪声放大器、混频器、可编程增益放大器、带宽可变滤波器和高速高精度16位ADC组成。器件的接收通道具有校准功能，噪声系数小，镜像抑制性能高，有利于提高接收通道的射频性能，16位的ADC具有较大的动态范围。
       器件的发射通道采用直接变频架构，由混频器、可编程增益放大器、带宽可变滤波器和高速高精度16位DAC组成。器件的发射通道同时具有本振泄露校准、IQ正交校准，能够很好的抑制本振泄露和镜像干扰，杂波抑制度高，射频性能优越。
       器件的本振和时钟都采用小数分频PLL，能够更好的适合各种应用场景。同时器件还提供了外部本振的输入接口，有效降低多器件应用的相位偏差。
       器件的供电为2.5V和1.3V，在2.7GHz频率、单收单发FDD模式下满功率工作条件下，功耗小于1W。器件为塑封BGA 289pin，15mm×15mm。器件如下所示：

图1 CX9261芯片实物图

 

器件优良特性

CX9261芯片相对于其它SDR芯片来说，主要区别在于：收发通道数量的不同、片内本振的不同、片内ADC/DAC位宽不同、以及支持快速跳频，芯片内部功能框图如图2所示。

图2 CX9261射频收发器功能框图

特 性

· 通道数量特性

从CX9261芯片功能框图中可以看出，其内部具有三个接收通道和两个发射通道，其中通道1和通道2的工作频率范围为70MHz至2.7GHz，通道3工作频率范围为1.2GHz至1.8GHz，片内可调谐带宽为20kHz至60MHz。芯片通道支持外本振输入，工作模式支持TDD与FDD形式。

·  片内本振特性

芯片内部具有3个独立的接收本振RXPLL、2个独立的发射本振TXPLL、以及3个独立的基带本振BBPLL，所有本振都可以独立配置。上述设计使CX9261芯片片内5个射频收发通道的工作频率、带宽、采样率等功能都能进行独立的设置，为多模通信系统的设计提供了有效的硬件支撑。

·  片内ADC/DAC特性

CX9261芯片内部ADC/DAC内核采用16比特位宽设计，比其它采用12位ADC/DAC设计的零中频架构SDR芯片设计位宽多4比特，CX9261接收通道在25dB增益下噪底比12位SDR芯片低12dB，这意味着在大小信号并存时，CX9261芯片能检测小信号的能力比12位ADC设计的SDR芯片低12dB左右，具备更大的动态范围和抗干扰能力。

·  快速跳频功能

通过对CX9261片内PLL环路的优化，使芯片具备快速跳频的能力，频率稳定时间小于10μs。

图3 CX9261跳频频率稳定时间

 

多模通信系统架构

CX9261用于多模通信系统框图如下所示：

图4 CX9261多模通信系统应用框图

信 道

· 信道1:

通过CX9261收发通道1实现，频率范围支持70~2700MHz，可调谐带宽为20kHz至60MHz，同时CX9261的收发通道1支持天通接口，具备天通通信能力。

·  信道2：

通过CX9261收发通道2实现，频率范围支持70~2700MHz，可调谐带宽为20kHz至60MHz，通过前级变频电路支持超短波电台应用。

·  信道3:

通过CX9261收发通道3实现，可以实现对北斗频率的接收。

上述系统应用方案充分利用了CX9261芯片三收两发通道的独立性，实现了天通、LTE、自组网、超短波电台、北斗等5种通信制式的软件自加载和并发通信，如表1。

表1 基于CX9261多模通信系统并发组合

 

CX9261性能测试

CX9261射频收发通道具备优良的信道指标，其典型EVM测试指标如下：

图 5 CX9261发射通道64QAM EVM测试指标

编辑：黄飞