AD9361 介绍 (中)

AD936x 系列快速入口

校准、数据接口 (CMOS) 在AD9361 介绍 (下)

MGC、Slow AGC、Fast AGC补充： AD9361 补充（上）

通过AD936x Evaluation Software加深了解： AD936x 配置软件介绍 上

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六、 增益控制

在这里插入图片描述

AD9361有几种增益控制模式，AGC (automatic gain control)模式适用于时分双工(TDD)和频分双工(FDD)场景，也有手动增益控制(MGC)模式，BBP可以控制接收机的增益。

  • ad9361_set_rx_gain_control_mode函数可以配置所有的增益控制模式。

在这里插入图片描述
如上图所示，AD9361接收信号的路径可以被分割成几个块，几乎所有块的增益都是可变的。
在这里插入图片描述
如上图所示，每个接收通道都有自己的增益表，AD9361使用指针指向增益表中的一行，该行包含每个独立增益模块的增益值。增益索引(指针)映射到一组增益值（每个增益块的）。增益表将增益控制字映射到每个可变增益模块，指向表的指针确定发送到每个块的控制字值。无论使用自动增益控制(AGC)还是手动增益控制(MGC)，指针都会在表格中上下移动，从而改变上图所示的一个或多个模块的增益。

  • AD9361有两种不同的方法来实现增益表。在全表模式下，有一个表用于接收。在分离表模式下，AD9361将LMT和LPF表分离开，并用独立的指针控制。如果digital gain使能，有第三个独立控制的表，也有自己的指针，每个接收通道都有自己的一组两个(或三个)表。增益表模式在ad9361_load_gt函数中设置。表架构影响所有增益控制模式（AGC、MGC），并且是两个接收通道的通用设置。

6.1 增益表

6.11 Full table

在这里插入图片描述
全表模式下单个增益表包含Rx信号路径中的所有可变增益模块，上图显示了完整增益表的一部分。该图还显示了每个增益索引（如LPF INDEX）旁边的每个模块的增益。如果指针向上或向下移动，一个或多个块的增益都将改变，如果增益指针向下移动一步(55指向索引54)，LNA增益和LPF增益都将改变。这可以使AD9361能够处理变化很大的电平信号，同时仍能优化噪声系数和线性度。

  • 使用ad9361_get_rx_rf_gain函数可在任何增益控制模式下得到全表增益索引
  • 最大LMT/Full 增益寄存器限制允许的最大索引。

6.12 Split table

在这里插入图片描述
在经常出现高功率带外干扰信号的情况下，可以拆分增益表来优化存在这些干扰时的噪声系数，使用独立的指针控制LMT增益和LPF增益以及digital gain，这可以区域性的改变接收路径中过载部分的增益。而对于全增益表，无论过载发生在哪里，增益变化时都会影响接收路径中的其他增益模块。

  • LMT表的架构取决于所使用的增益控制模式，在增益控制模式中介绍。必须使用ad9361_load_gt函数将LMT表写入AD9361。

  • LPF表本身不存在，LPF索引直接转化为LPF的增益（分贝），LPF增益范围从0到24(d)。数字增益也是索引直接转化为增益，增益范围从0到31(d)。

AD9361的总增益(单位为分贝)不一定等于LMT和LPF索引之和。LMT级的实际增益随本振频率 LO而变化，另外，一些LMT步长大于1分贝。因此，将LMT索引改变1可能不会将增益改变1 dB。

  • 使用分离表模式时， LMT表最大索引为40(d)。
  • 在任何增益控制模式下回读分离表增益索引，使用ad9361_get_rx_rf_gain函数。

6.13 digital gain

所有增益控制模式(MGC、AGC)和两种增益表模式（全表模式、分割表模式）都允许增加数字增益，最大数字索引为31(d)。

全增益表的最大允许索引为90(d)，仅含模拟增益的标准全增益表的最大索引为76(d)。对于ADI公司提供的增益表，剩下24(d)个索引用于数字增益。替代增益表（在索引低于76(d)时达到了最大模拟增益）可以容纳更多数字增益步长(最高31)。

  • digital gain不会增加信噪比，因为它只是乘以一个因子，噪声和信号都增加了，因此信噪比保持不变。如果修改增益表，牺牲模拟增益来增加更多的数字增益将降低系统的性能。
  • 对于许多应用，不需要数字增益。 如果BBP希望接收的信号功率等于某个标称值，采用最大模拟增益后仍不足以达到的极低电平信号，可以使用数字增益。

6.2 增益控制模式

MGC、Slow attack AGC、Fast attack AGC详细介绍在 AD9361 补充（上）

6.21 MGC

在MGC模式下，BBP控制增益索引指针，这个模式通过ad 9361 _ set _ rx _ gain _ control _ mode函数设置。最简单的形式是，BBP通过评估 I/O口的信号电平（除了接收到的数字信号电平，BBP不需要其他信息），然后适当调整增益。

AD9361具有可编程阈值，可指示各接收链路的信号状况，将这些信号路由到控制输出引脚，然后将它们连接到BBP，BBP能够更详细地确定接收信号的状态。对于分割增益表，依据接收信号（可指示过载发生的位置LMT , LPF , digital），BBP可以调整过载区域的增益。

6.22 Slow attack AGC

Slow attack模式旨在缓慢改变信号，比如某些FDD应用场景—WCDMA和FDD LTE。 slow attack AGC使用具有滞后的二阶控制环路将平均信号功率保持在可编程范围内。功率在HB1和Rx FIR滤波器之间测量。

  • BBP可通过设置位，对超过 LMT 和 ADC阈值的信号做出更快的反应。利用ad 9361 _ set _ rx _ gain _ control _ mode函数使能AGC Slow attack模式。

6.23 Fast attack AGC

在这里插入图片描述
Fast attack AGC 模式适用于突发的波形，如TDD或GSM/EDGE FDD应用。AGC在突发开始时对过载做出非常快速的响应，以便在信号的数据部分到达时AGC能够稳定在最佳增益索引。AGC还有一个可选的缓慢衰减，当AGC锁定在最佳增益时，如果信号功率降低，则允许增益增加。

  • Fast attack AGC通过ad 9361 _ set _ rx _ gain _ control _ mode函数配置。

6.3 增益阈值检测

在这里插入图片描述

AD9361使用检测器来确定接收信号是否使特定模块过载，或者信号是否降至可编程阈值以下。LMT和ADC过载检测器(也称为峰值检测器)可以对几乎瞬时的过载信号做出反应。检测器在信号路径中的位置如上图所示。

6.31 LMT overload detector

LNA/混频器/跨阻放大器过载检测是一种模拟峰值检测器，用于确定接收信号是否使模拟低通滤波器之前的模块过载。如果发生LMT 过载，但ADC没有过载，这可能表明带外干扰信号导致过载情况。

  • 有两种不同的LMT过载阈值，一种用于指示较大的过载，另一种用于指示较小的过载。两个阈值均可编程，并在ad 9361 _ set _ rx _ gain _ control _ mode函数中配置。
  • 小阈值应该被设置为低于(或等于)大阈值，因为AGC 将根据哪个阈值被超过而受到不同的影响。在MGC模式下，BBP可以通过控制输出引脚监测过载标志。

6.32 ADC overload detector

该ADC是一个高度过采样的sigma-delta调制器(SDM)，输出范围为+4到-4。由于ADC高度过采样，ADC时钟速率比接收信号采样速率快得多,需要抽取和低通滤波产生数字信号。当ADC过载时，其采样和输入信号之间的误差将导致ADC输出更多值为+4或4的采样信号。

  • ADC最大输入(0 dBFS)为0.625 V峰值。然而，为了避免压缩，ADC的最大推荐峰值输入电平为0.5 V，比满量程低1.9dB。

下图显示了 ADC过载检测器如何处理信号以及如何使用阈值
在这里插入图片描述
有两个可编程阈值，都在ad 9361 _ set _ rx _ gain _ control _ mode函数中配置。两个接收通道的阈值是相同的。平方和计算中使用的样本数也在ad 9361 _ set _ rx _ gain _ control _ mode函数中设置。将平方和的结果值z与两个阈值进行比较，如果超过特定阈值，则设置一个标志。在MGC模式下，BBP可以通过控制输出引脚监测过载标志。

6.33 digital saturation

和LMT和ADC过载一样，AD9361使用计数器 （Dig Saturation Exceeded Counter）来确定digital saturation发生的次数，如果超出，增益索引会降低。

6.34 LOW power threshold

低功率阈值是以-dBFS为单位进行测量的绝对阈值，分辨率为0.5 dBFs/LSB。范围为0 dBFS至-63.5 dBFS。该值通过ad 9361 _ set _ rx _ gain _ control _ mode函数进行配置。

  • AD9361在fast attack AGC 模式下使用该阈值，也可以在MGC模式下使用
  • 在fast attack AGC 模式下，平均信号功率（见6.34） 降至低功率阈值以下后，低功率标志不会立即置位。只有当信号功率在增量时间内一直保持低于低功率阈值时，该标志才有效。增量时间值以ClkRF周期(接收通道FIR滤波器输入端使用的时钟)为单位进行测量。
  • 在MGC模式下，只要功率降至低功率阈值以下，低功率标志就会马上置位。

6.35 average signal power

测量功率时(如低功率阈值)，测量值是由功率测量期间抽取的一定数量样本的平均值。两个接收器的持续时间相同。在每个测量周期结束时，平均信号功率值会更新。

  • 在增益改变后，AD9361必须复位过载检测器和功率测量电路，并等待接收路径稳定，然后重新启用检测器和功率测量块。
    在这里插入图片描述
  • 测量持续时间实际以 Rx sample periods 计 ，如上图所示，范围：0到16*32768=524288个

6.36 peak overload wait time

所有增益控制模式都使用峰值过载等待时间。在增益改变后，AD9361等待该寄存器设置的时间，使模拟路径中的信号和ADC稳定下来，然后重新使能它的LMT和ADC过载检测器。默认值适用于所有应用程序，除非带有旁路模式的外部LNA是信号路径的一部分。峰值过载等待时间由ad9361_set_rx_gain_control_mode函数设置，并以ClkRF(Rx FIR滤波器时钟速率的输入)计时。

6.37 settling delay

所有 AGC 模式都使用建立延迟，即增益变化后 AGC 将功率测量模块保持在复位状态的时间。功率测量发生在接收HB1滤波器的输出端(接收FIR滤波器的输入端)，因此在增益改变后功率测量恢复之前，Rx FIR之前的所有级都必须建立。

  • 延迟等于寄存器值乘以2，并以ClkRF速率计时。建立延迟的默认值为20个ClkRF周期，这是基于30.72 MHz的ClkRF速率。为了获得最佳的 fast attack AGC性能，延迟需要根据ClkRF进行调整。

七、 时钟和PLL

在这里插入图片描述
AD9361使用分数分频锁相环(PLL)来产生发射机和接收机本地振荡器(LO)频率，以及BB PLL(baseband PLL)。BB PLL 可用于数据转换、数字滤波器和 I/O 端口。

PLL的参考时钟可以由外部振荡器或外部晶体(XO)和数字可编程片内可变电容提供，电容微调产生参考时钟频率，XO和微调电容的组合统称为DCXO。

7.1 DCXO

通过调整AD9361中的电容，可以调整产生的DCXO频率，以补偿XO频率容差和稳定性。DCXO的分辨率随coarse word而变化，最差分辨率(coarse word= 0)为0.0125 ppm。DCXO可以使用coarse word和 fine word，在±60 ppm范围内改变频率。

上图为一XO（标称40MHz）的DCXO频率随fine word和coarse word的变化图，横轴为fine word，纵轴是频率，每条线的分辨率随coarse word变化。

使用bench测试确定标称DCXO微调字，在初始化期间使用。这些标称字应该在BBPLL校准前写好。初始化后(BBPLL和RFPLL编程、校准和锁定后)，DCXO字可以随时写入。

  • XTALP/XTALN：参考频率 REF_CLK晶振连接。使用晶振时，将其连接于这两个引脚之间。使用外部时钟源时，将其连接至XTALN，使XTALP保持断开。
  • 第一个选择是使用一个专门的晶振，其频率在19 MHz和50MHz之前，连接于XTALP和XTALN引脚之间。
  • 第二个选择是将一个外部振荡器或时钟分配器件(如AD9548)连接至XTALN引脚(其中， XTALP引脚保持断开状态)。如果使用外部振荡器，则频率可在10 MHz和80 MHz之间变化。

7.2 RF PLL

AD9361含有两个完全相同的频率合成器，用于为RF信号路径生成需要的LO信号：一个用于接收器，一个用于发射器。锁相环(PLL)频率合成器采用分数分频，融入了完全集成式电压控制振荡器(VCO)和环路滤波器。

  • 在TDD运行模式下，锁相环(PLL)频率合成器会根据RX和TX的需要开启和关闭。
  • 在FDD模式下， TX PLL和RX PLL可以同时激活，发送和接收的频率可以相同或不同。
    在这里插入图片描述

REF_CLK频率可以通过DCXO产生，或者外部时钟源向器件提供，多路复用器选择所需的信号源。然后，REF_CLK被分离并加到三个独立的调节模块，也称为REF分频器。调节模块提供四种选择——/2 、*2 、/4 、*1，可以得到F_REF为10MHz到80MHz
在这里插入图片描述
由锁相环频率合成框图可知，锁相环工作范围6 GHz至12 GHz，并输入VCO 分频模块。
在这里插入图片描述
LO频率范围从47 MHz到6GHz是通过分频锁相环频率创建的。

  • Rx PLL使用ad9361_set_rx_lo_freq函数配置和校准，Tx PLL使用ad9361_set_tx_lo_freq函数配置。每个合成器必须单独配置和校准。

7.3 BB PLL

在这里插入图片描述
AD9361中的BB PLL频率合成器，用于生成所有与基带相关的时钟信号，包括ADC和DAC采样时钟、 DATA_CLK信号(见后续“数据接口”部分)、数字滤波器和 I/O 端口等。

  • FREF在35MHz到70MHz之间。
  • 该PLL的频率编程范围为715 MHz至1.430 GHz，具体取决于系统的数据速率和采样速率要求。BB PLL输出到可编程分频器链，来产生所需的采样率和总线通信速率。
  • 所需的BB PLL频率通常通过反算得到，然后选择适当的分频器，以使BB PLL能够在范围内工作。

八、Enable state machine

在这里插入图片描述AD9361收发器有一个使能状态机(ENSM)，可以对器件的当前状态进行实时控制，ENSM有两种可能的控制方法——SPI控制和引脚控制。
1）通过SPI写寄存器将当前状态推进到下一个状态，可以异步控制ENSM。
2）使用ENABLE和TXNRX引脚实时控制当前状态。

  • ad 9361 _ set _ en _ state _ machine _ mode函数配置ENSM。
    在这里插入图片描述

上图中灰色状态不需要用户控制，经过设定的时间后进入下一个状态。TO_ALERT位在ENSM配置寄存器中，如果要切换到WAIT状态，需要在RX或TX状态下清除TO_ALERT位，这样从 Rx, Tx或FDD状态移出时，ENSM将转移到WAIT状态，如果TO_ALERT被置1，ENSM将转换到ALERT 状态。

  • SLEEP状态是指禁用AD9361时钟的状态，要进入SLEEP状态，先转换到WAIT状态，然后禁用BPLL寄存器中的AD9361时钟。
  • FDD模式下，TX、RX频率综合器在ENSM从WAIT进入ALERT状态或频率控制字写入时会进行校准。
  • TDD模式与FDD类似，也会在ENSM从WAIT进入ALERT状态时进行校准，而在频率控制字写入时，会根据TXNRX判断，让当前使能的VCO进行校准。

8.1 SPI 控制

SPI控制默认是禁用，可以在ENSM配置寄存器中使能。一旦进入 ALERT状态，AD9361就会启用发射机和接收机的射频合成器，如果由于某些原因合成器没有正确校准，ENSM将无法转换到RX或TX状态，这样可防止AD9361发送或接收数据，从而保护无线频谱。

  • 一旦进入 ALERT状态，射频PLL经过适当校准，ENSM就可以进入RX、TX或FDD状态。要从ALERT切换到RX，需要设置Force Rx On 位，要返回ALERT或WAIT，需要清除该位。

  • 要从ALERT模式切换到TX或FDD模式，需要设置Force Tx On位,要返回到ALERT或WAIT状态，需要清除该位。

  • 在FDD下，Force Rx On位被忽略，在TDD下，ENSM必须在RX和TX状态之间转换到ALERT状态，ENSM不能从RX直接移动到TX，或者从TX直接移动到RX。

8.2 ENABLE/TXNRX 引脚控制

默认情况下，使用ENABLE/TXNRX引脚控制模式。ENABLE引脚可以通过脉冲或电平操作，将ENSM状态转换到下一个状态。

8.21 脉冲模式

在这里插入图片描述
在脉冲模式下，需要最小宽度为一个FB_CLK周期的脉冲来推进当前的ENSM状态。BBP发送一个ENABLE脉冲进入TX或RX状态或FDD状态（在FDD中，TXNRX的逻辑电平被忽略），然后再发送一个脉冲回到ALERT或WAIT状态。
在这里插入图片描述
在TDD中，TXNRX引脚的状态控制AD9361是从ALERT状态转换到RX状态还是从ALERT状态转换到Tx状态。

  • 如果TXNRX为高电平，器件将进入TX状态。
  • 如果TXNRX为低电平，器件将进入RX状态。
  • TXNRX引脚电平在ALERT状态下设置，TXNRX的逻辑电平在RX、TX或FDD状态下不能改变。

8.22 电平模式

在这里插入图片描述
在电平模式下，ENABLE引脚电平控制ENSM状态，ENABLE引脚的下降沿将AD9361器件置于ALERT状态，处于ALERT状态时，必须设置或清除TXNRX位。

  • 如果TXNRX为低电平，ENABLE引脚的上升沿将AD9361移入Rx状态。
  • 如果TXNRX为高电平，ENABLE引脚的上升沿将AD9361移入Tx状态。

在这里插入图片描述
在FDD中，TXNRX的逻辑电平被忽略，当ENABLE引脚拉回到逻辑低电平时，ENSM将退出RX、TX或FDD状态。如果To Alert 位为0，器件将从RX、TX或FDD状态进入WAIT 状态。

要在电平模式下从WAIT 模式切换到ALERT模式，对Force Alert State位执行 SPI写操作，或者BBP可以在ENABLE引脚上驱动一个脉冲。

  • 如果使用ENABLE脉冲，其脉冲宽度必须大于一个FB_CLK周期。
  • ENABLE脉冲的上升沿将ENSM状态从WAIT转到ALERT状态，在ALERT中，ENABLE脉冲的下降沿是被忽略的。

8.3 FDD 独立控制

8.31 FDD 独立控制 电平模式

当AD9361处于FDD模式时，FDD独立控制模式可以允许接收链和发射链独立使能。该模式通过设置FDD External Control Enable位(0x015[D7])来使能。

引脚电平描述
ENABLE=0,TXNRX=0Rx and Tx disabled
ENABLE=1,TXNRX=0Rx enabled, Tx disabled
ENABLE=0,TXNRX=1Rx disabled, Tx enabled
ENABLE=1,TXNRX=1Rx and Tx enabled

FDD 独立控制状态下，使用SPI写将ENSM移动到FDD状态，然后，ENABLE和TXNRX引脚分别在内部重新映射为Force Rx On和Force Tx On，ENABLE和TXNRX的控制组合如上表所示。FDD 独立控制状态，根据ENABLE和TXNRX引脚电平，ENSM状态转移如下图所示。
在这里插入图片描述
在这种模式下，ENSM始终处于FDD状态，没有移动到FDD FLUSH状态，BBP必须在启用接收链后留出足够的时间让数字滤波器刷新，在发送数据后留出足够的时间让发送完成传输，同时需要我们控制好时间，在两次收或者发开启之间留下足够的时间清空残留数据。

8.32 FDD 独立控制 脉冲模式

在这里插入图片描述
在脉冲模式下，如上图所示，当使用SPI写操作从ALERT状态进入FDD状态时，接收和发送信号链开始时是禁用状态，直到接收到第一个脉冲。BBP应在ENABLE引脚上发送脉冲，以enable/disable接收信号链。TXNRX引脚上发送的脉冲将enable/disable 发送信号链。

从参考手册和寄存器手册等资料学习总结，如有不对的地方，欢迎大家在评论区指正，非常感谢！

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快速安装（一行命令完成）

1､下载调问问卷

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3、打开浏览器访问 http://localhost:8080，输入账号密码： [email protected]/123456

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    IE / EdgeFirefoxChromeSafariOpera
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    各技术方案简介

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    在线平台提供标准API，可快速集成到应用中，功能更丰富，不需要部署，可直接发布问卷收集

    下面是如何使用Spring Boot方案的快速指南。

    本地开发

    环境版本：jdk1.8, tomcat8.5.59

    基本步骤

    1、下载代码后

    具体代码地址

    2、创建数据库进行初始化

    数据库脚本在resources/sql/目录下的dwsurvey.sql数据库脚本文件，如下：

     /blob/master/src/main/resources/conf/sql

    说明：升级后的数据库与老版本兼容

    3、用IDEA打开，进行本地开发

    现在您可以进行本地开发了

    4、开发完成，编译打包

    进入 cd DWSurvey:

    mvn package
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    配置文件地址

    1.  class="hljs-ln-numbers"> class="hljs-ln-line hljs-ln-n" data-line-number="1"> class="hljs-ln-code"> class="hljs-ln-line">源码配置文件地址
    2.  class="hljs-ln-numbers"> class="hljs-ln-line hljs-ln-n" data-line-number="2"> class="hljs-ln-code"> class="hljs-ln-line">resources/application-***.yml
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    4.  class="hljs-ln-numbers"> class="hljs-ln-line hljs-ln-n" data-line-number="4"> class="hljs-ln-code"> class="hljs-ln-line">war包配置文件地址
    5.  class="hljs-ln-numbers"> class="hljs-ln-line hljs-ln-n" data-line-number="5"> class="hljs-ln-code"> class="hljs-ln-line">/dwsurvey-oss-v.4.0/WEB-INF/classes/application-dev.yml
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    12.  class="hljs-ln-numbers"> class="hljs-ln-line hljs-ln-n" data-line-number="12"> class="hljs-ln-code"> class="hljs-ln-line"> 
    13.  class="hljs-ln-numbers"> class="hljs-ln-line hljs-ln-n" data-line-number="13"> class="hljs-ln-code"> class="hljs-ln-line">分别修改```url、username、password```
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    5、启动浏览器访问

    输入 http://localhost:8080

    初始账号：[email protected] 密码：123456

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    全新体验、流程简单

    以一种全新的设计体验，告别繁琐的设计流程，通过简单有趣的方式，轻轻松松完成问卷设计，多种技术方案，只为呈现更精美的表单问卷.

    丰富的题型支持，通过拖拽即可完成题目选择，并可以随意拖动其位置，还可置入所需图片、企业LOGO、设置答题逻辑，一份优美的问卷就是这么简单。

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    注：本文转载自blog.csdn.net的lwd_up的文章"https://blog.csdn.net/weixin_44630490/article/details/114919695"。版权归原作者所有，此博客不拥有其著作权，亦不承担相应法律责任。如有侵权，请联系我们删除。
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