CN217607803U - 一种基于ad9364的高动态无线通信装置 - Google Patents
一种基于ad9364的高动态无线通信装置 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型是一种基于AD9364的高动态范围的无线通信装置。该装置解决了传统的无线发射器和无线接收器因为体积大，对信号强度要求严格，信号动态范围小，采集信号范围受限等问题。同时解决了AD9364收发的射频信号无法达到高动态范围的问题。本实用新型是一种高动态的无线射频收发装置，该装置集成发射和接收为一体，能够接收更弱的信号和发射更强的信号，实现同时增大信号采集范围和高动态。本实用新型的专利权在于：第一，该装置采用收发一体的架构，使得无线收发通信集成一体化；第二，AD9364捷变频收发器内部集成检波器，实现无线信号的强弱自动调节通道的增益；第三，设计压控衰减器和驱动放大器增加了接收和发射信号的动态范围，实现无线通信的高动态。
Description
技术领域
本实用新型涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种高动态范围的无线信号接收和发射装置。
背景技术
现如今无线通信技术发展迅速，市场上具备各种各样的无线通信产品，通信基站、广播电台、物联网、智能家居等。传统的无线发射器和无线接收器一般独立工作，研发成本高、体积大，而且对信号强度的要求较为严格，信号弱的时候甚至难以通信,鉴于传统通信设备的弊端，需要研制更为先进的无线通信发射和接收装置，追求低成本、集成化、小型化、智能化、高动态。
发明内容
针对传统无线通信产品的问题，本实用新型提供了一种高动态的无线射频收发装置，该产品集成发射和接收为一体，具备较高动态范围，能够接收更弱的信号和发射更强的信号。
为实现上述目的，本实用新型提供无线通信装置的实现方案为：一种基于AD9364的高动态无线通信装置，主要包含天线、射频开关、压控衰减器、射频捷变收发器、时钟单元、FPGA控制器、电源转换单元、驱动放大器等；天线为收发公用天线，负责接收和发射无线信号；射频开关用于切换发射通道和接收通道，由FPGA分时控制；压控衰减器用于控制收发通道的增益，增加信号的动态范围；射频捷变收发器即为AD9364，具备上下变频单元、数模转换器和功率检测器等多个功能模块的集成；时钟单元为整个系统提供多个频率的精确clock；FPGA控制器用于控制数据的采样、开关切换、信号带宽、动态范围调整；电源转换单元负责把输入的直流高电压转换成各个单元所需的直流低电压；驱动放大器实现发射信号的功率增强。
如上所述的天线设计为微带天线，体积小成本低。
如上所述的射频开关选型为ADI公司的HMC574AMS8E。
如上所述的压控衰减器选用QORVO公司射频器件，型号为RFSA2033SQ 。
如上所述的FPGA选型为Xilinx公司Kintex®-7系列，型号为XC7K410T-2FFG900I。
如上所述的驱动放大器选用QORVO公司SBB3089Z。
本实用新型具有以下有益效果：第一采用收发一体的架构，使得无线收发通信装置集成度更高；第二设计压控衰减器和驱动放大器增加了接收和发射信号的动态范围；第三基于AD9364捷变频收发器，集成了上下变频单元、数模转换器和功率检测器等多个功能单元在一个芯片内部，大大缩小了体积、降低了成本；第四AD9364捷变频收发器，内部集成检波器，可以根据无线信号的强弱自动调节通道的增益，更加智能化。
附图说明
附图1是本实用新型组成框图。
附图2是AD9364芯片功能框图。
附图3是接收通道原理框图。
附图4是发射通道原理框图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细的描述，也是对上述技术方案的进一步细化。
如图（1）所示，本实用新型的一种基于AD9364的高动态无线通信装置主要包含收发天线、SPDT射频开关、压控衰减器、驱动放大器、捷变频收发器、FPGA控制器、电源转换单元等功能模块，时钟单元由FPGA内部本振产生。本实用新型优选实施方式是集成式的板卡型，除了天线以外的模块均设计在一块PCB内部，缩小产品的体积、节约了加工成本。
收发天线采用微带型贴装天线，与通信装置共型设计，减小整体体积，使系统工作更加稳定。
SPDT射频开关用于发射和接收的切换，为了收发信号不会互相干扰，开关隔离度要求比较高。HMC574AMS8E元器件隔离度指标为30dB，三阶交调截至点为+63dBm线性度非常高，能够接收最大+39dBm的信号而不损坏。实际设计时一般在接收前端设计一个限幅器，防止大信号进入天线，对元器件造成损毁。
压控衰减器RFSA2033SQ通过直流电压可以调整衰减范围为25dB，相当于增加了接收信号的动态范围，调整的电压由FPGA提供，电压的大小根据输入信号的强弱来决定。
驱动放大器SBB3089Z增益为16dB，相当于增加了发射信号的动态范围，1dB压缩点为+15dBm。
FPGA选用的XC7K410T-2FFG900I为Xilinx公司先进的Kintex®-7系列高性能逻辑器件，高速串行连接，内置数千兆位收发器，速率为600 Mb / s，能够快速的与AD9364通信，满足对开关的发射和接收分时控制的要求。
如图（2）所示，AD9364内部集成了数模转换器ADC和DAC、独立的上变频和下变频模块、信号功率检波器、PLL时钟单元以及中频数据处理单元。AD9364接收信号和发射信号接口要求为差分信号，而射频信号一般为50欧姆单端信号，所以在发射端和接收端需要增加射频巴伦，完成单端和差分信号的转换。
AD9364内部接收子系统具备独立的自动增益控制（AGC）,与压控衰减器组合可以实现100dB的接收动态范围；发射子系统与驱动放大器组合可以实现82dB的发射动态范围。系统工作时，内部可以根据监测的信号强弱，自动调整自动适应。
本实用新型的工作原理与工作过程如下：
如图（3）所示接收信号时，FPGA控制SPDT开关切换至接收状态，AD9364内部检波器对信号强度进行检测，调整压控衰减器和内部接收子系统的增益，调整后的I/Q信号进入AD9364内部的下变频器，把射频信号转换成中频信号，然后数模转换器ADC进行数字化处理，再经过FIR滤波器后以相应的采样率生成12位的基带信号。
如图（4）所示发射信号时，FPGA控制SPDT开关切换至发射状态，处理过的基带信号通过数模转换器DAC生成中频信号，AD9364内部上变频器把中频信号变频到射频I/Q信号，输出后经过巴伦转换成单端射频信号，再经过驱动放大器和开关传送到天线，辐射到空间完成无线通信。
Claims (7)
1.一种基于AD9364的高动态范围的无线通信装置，其特征在于包含天线、射频开关、压控衰减器、射频捷变收发器、时钟单元、FPGA控制器、电源转换单元、驱动放大器,接收信号时，FPGA控制SPDT开关切换至接收状态，AD9364内部检波器对信号强度进行检测，调整压控衰减器和内部接收子系统的增益，调整后的I/Q信号进入AD9364内部的下变频器，把射频信号转换成中频信号，然后数模转换器ADC进行数字化处理，再经过FIR滤波器后以相应的采样率生成12位的基带信号，发射信号时，FPGA控制SPDT开关切换至发射状态，处理过的基带信号通过数模转换器DAC生成中频信号，AD9364内部上变频器把中频信号变频到射频I/Q信号，输出后经过巴伦转换成单端射频信号，再经过驱动放大器和开关传送到天线，辐射到空间完成无线通信。
2.根据权利要求1的一种基于AD9364的高动态范围的无线通信装置，其特征在于收发天线采用微带型贴装天线，与通信装置共型设计。
3.根据权利要求1的一种基于AD9364的高动态范围的无线通信装置，其特征在于，射频开关选用HMC574AMS8E元器件隔离度指标为30dB，三阶交调截至点为+63dBm，能够接收最大+39dBm的信号。
4.根据权利要求1的一种基于AD9364的高动态范围的无线通信装置，其特征在于，压控衰减器为RFSA2033SQ，与AD9364内部接收子系统组合实现100dB的接收动态范围。
5.根据权利要求1的一种基于AD9364的高动态范围的无线通信装置，其特征在于，驱动放大器为SBB3089Z，与AD9364内部发射子系统组合实现82dB的发射动态范围。
6.根据权利要求1的一种基于AD9364的高动态范围的无线通信装置，其特征在于FPGA为Xilinx公司的XC7K410T-2FFG900I。
7.根据权利要求1的一种基于AD9364的高动态范围的无线通信装置，其特征在于，射频捷变收发器AD9364内部集成了数模转换器ADC和DAC、独立的上变频和下变频模块、信号功率检波器、PLL时钟单元以及中频数据处理单元，本身具备75dB接收动态范围和66dB发射动态范围。
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