隨著3年新AISG v0.2019標(biāo)準(zhǔn)的引入，天線線通信實現(xiàn)了許多新的用例。雖然這些變化對操作的物理層幾乎沒有影響，但一個系統(tǒng)性的變化是顯而易見的：蜂窩塔上的每個RF連接現(xiàn)在都需要AISG通信來為PING功能提供服務(wù)。本應(yīng)用筆記總結(jié)了硬件層面的一些變化，并展示了新型MAX11947（具有4：1多路復(fù)用器的AISG調(diào)制解調(diào)器）的特性如何幫助系統(tǒng)設(shè)計人員以更少的元件和更低的開發(fā)開銷實現(xiàn)新的標(biāo)準(zhǔn)要求。

介紹

蜂窩網(wǎng)絡(luò)和手機在世界各地的激增，特別是在過去十年中，導(dǎo)致對支持移動通信基礎(chǔ)設(shè)施的電子產(chǎn)品的需求呈指數(shù)級增長。同時對更多帶寬的需求也推動網(wǎng)絡(luò)提供商不斷擴大其覆蓋范圍，同時增加小區(qū)密度，這反過來又增加了對基礎(chǔ)設(shè)施硬件的需求。

15年前，制造商開始標(biāo)準(zhǔn)化蜂窩無線電設(shè)備的互操作性，允許在組裝帶有天線齒輪、放大器等的蜂窩基站時進(jìn)行更多變化。該通信標(biāo)準(zhǔn)最初由天線接口標(biāo)準(zhǔn)組織（AISG）于2003年和2004年建立[1].AISG標(biāo)準(zhǔn)隨著市場的擴大而不斷發(fā)展，本應(yīng)用筆記介紹了MAX11947調(diào)制解調(diào)器的幾個特性，用于滿足當(dāng)今和未來的可互操作通信需求。

AISG v2.0 和物理層調(diào)制解調(diào)器

集成調(diào)制器解調(diào)器（調(diào)制解調(diào)器）于2009年推出，為無處不在的RS-485接口和2.176MHz OOK信號之間的轉(zhuǎn)換提供了一個完整的集中解決方案，該信號搭載在單個電路中的蜂窩頻段RF電纜上。IC解決方案可實現(xiàn)更緊湊的系統(tǒng)設(shè)計，節(jié)省空間、功耗和硬件，同時集成調(diào)制解調(diào)器提供了簡單、經(jīng)過驗證、經(jīng)過工廠測試的設(shè)備的可靠性。

新的AISG v3.0標(biāo)準(zhǔn)

AISG于2019年提出了對成功標(biāo)準(zhǔn)的升級。這一演進(jìn)步驟建立在前幾代產(chǎn)品成功的基礎(chǔ)上，旨在添加新功能，同時保持原器件及其托管天線線設(shè)備（ALD）的核心互操作性。

新的 AISG v3.0 功能集包括設(shè)備發(fā)現(xiàn)、連接映射和多主控制。雖然系統(tǒng)設(shè)計人員會發(fā)現(xiàn)新標(biāo)準(zhǔn)對許多更高級別的功能進(jìn)行了有益的升級，但從v2.0到v3.0，PHY層保持不變。[2][3].因此，原始調(diào)制解調(diào)器仍然與新的AISG v3.0標(biāo)準(zhǔn)完全兼容。

需要多個 AISG 頻道

從 AISG v2.0 到 v3.0 的跳躍對系統(tǒng)的物理層影響很小。但是，新標(biāo)準(zhǔn)中要求每個通道都具有AISG感知能力，以便整個系統(tǒng)可以使用ping數(shù)據(jù)包映射連接。這有助于構(gòu)建整個無線電系統(tǒng)，但給硬件設(shè)計人員帶來了額外的負(fù)擔(dān)，需要將AISG通信包含在所有RF信道上，而以前只需要在一個信道上。

嘗試將 AISG v2.0 系統(tǒng)設(shè)計直接轉(zhuǎn)換為 v3.0 兼容應(yīng)用程序可能需要兩倍于上一代設(shè)計的調(diào)制解調(diào)器;從15個調(diào)制解調(diào)器（灰色塊）增加到圖1所示示例中的<>個調(diào)制解調(diào)器（灰色加紅色塊）。

AISG v2.0 與 v3.0 的應(yīng)用示例

在本例中，每對天線仍需要兩個調(diào)制解調(diào)器以保持兼容性。但是，現(xiàn)在塔式放大器（TMA）上最多需要七個或八個調(diào)制解調(diào)器，其中四個偵聽連接到天線陣列（上游）的端口，四個偵聽下游端口，用于向基站廣播ping。基站還需要額外的調(diào)制解調(diào)器，一個用于原始AISG信道，另外三個用于接收來自其他端口上的TMA的ping數(shù)據(jù)包。

顯然，15或16個調(diào)制解調(diào)器IC是多余的，因為通過使用旁路電路和/或RF開關(guān)在RF端口之間共享AISG信號可以減少總數(shù)。

可調(diào)發(fā)射機功率

即使使用較舊的AISG設(shè)計，也固有地需要調(diào)整發(fā)射器功率放大器（PA）的輸出電平。每當(dāng)將分路器用于電路（例如圖 2 的 v0.1 TMA 示例中所示的旁路通道）時，通常需要這樣做。如果RF濾波或有損連接在2.176MHz信道上存在過大的衰減，則信號功率調(diào)整也會有所幫助。原始調(diào)制解調(diào)器通過用于設(shè)置 PA 偏置點的外部電阻提供這種可調(diào)性，使調(diào)制解調(diào)器能夠滿足 AISG 信號要求（參見圖 2-A 和 2-B）。

發(fā)射功率和接收閾值

光譜發(fā)射

AISG標(biāo)準(zhǔn)對PHY層的主要要求是任何調(diào)制解調(diào)器發(fā)射器的頻譜純度。光譜性能在 AISG v3.0.0.3 標(biāo)準(zhǔn)第 10.3.11 節(jié) - 模塊化特性中得到解決。這些嚴(yán)格的要求限制了PA的帶外頻譜發(fā)射，并且往往非常嚴(yán)格，特別是在30MHz拐點處，任何諧波噪聲的功率都必須低于-67dBm，并且測試儀器的分辨率帶寬（RBW）設(shè)置是最嚴(yán)格的。考慮到頻譜模板中的絕對限值，PA輸出頻譜還必須與整體功率電平相平衡。

圖3.AISG v3.0 標(biāo)準(zhǔn)調(diào)制解調(diào)器頻譜發(fā)射掩碼。

省電

節(jié)能始終是系統(tǒng)設(shè)計人員要求中的重中之重。通常存在功率預(yù)算限制，這會對更關(guān)鍵的設(shè)計元素施加壓力，特別是當(dāng) ALD 硬件擴展到更多通道的同時，它們變得越來越緊湊。在不太關(guān)鍵的電路中具有一定的靈活性，可以讓設(shè)計人員在功率預(yù)算中的重要模塊上擁有更大的自由度。

市場上的一款原始AISG v2.0調(diào)制解調(diào)器具有低功耗待機模式，而另一款調(diào)制解調(diào)器除了完全關(guān)閉設(shè)備外無法控制電源。

共享引用

每個AISG調(diào)制解調(diào)器都需要一個參考信號來產(chǎn)生2.176MHz載波。這通常由一個8.704MHz晶體和一個集成振蕩器電路提供。市場上的所有IC都可以在AISG系統(tǒng)中采用初級/次級（或主/從）電路進(jìn)行架構(gòu)設(shè)計，從而節(jié)省晶體，從而降低BOM成本。

每個芯片都可以通過其SYNCOUT引腳緩沖信號，從而充當(dāng)下游調(diào)制解調(diào)器的主晶體振蕩器（XO）。該 SYNCOUT 信號為漏極開路輸出，需要一個簡單的外部上拉電阻連接到模擬電源，以便其正常工作。然后將該信號傳播到系統(tǒng)中的其他輔助調(diào)制解調(diào)器。

MAX11947 AISG調(diào)制解調(diào)器的升級特性

Maxim Integrated推出首款A(yù)ISG v2.0調(diào)制解調(diào)器，采用原版MAX9947。該器件仍然為RS-485和定義的2.176MHz OOK信號之間的接口提供了完整的解決方案，因此與新的AISG v3.0標(biāo)準(zhǔn)完全兼容。

那么為什么要采用新設(shè)計呢？

盡管Maxim的原始調(diào)制解調(diào)器可以滿足新標(biāo)準(zhǔn)的需求，但v3.0中擴展的功能集也為改進(jìn)調(diào)制解調(diào)器提供了機會。因此，Maxim設(shè)計了新型MAX11947，提高了性能并增加了一些功能。作為第一步，在調(diào)制解調(diào)器中添加了一個數(shù)字接口以及幾個內(nèi)部配置寄存器。這種新的SPI控制允許集成以前使用外部部件（如PA功率偏置網(wǎng)絡(luò)）管理的功能。現(xiàn)在，它被整合為數(shù)字可調(diào)發(fā)射功率，并包括與可調(diào)PA功率相匹配的另一個功能，即可調(diào)接收靈敏度閾值。我們 包括 PA 輸出 電阻 來 從 設(shè)計 的 物料清單 （BOM） 中 再 移除 一個 外部 元件， 最重要的是， 該 器件 增加 最大 的 特性 是 集成 4：1 端口 多路復(fù)用器。新的MUX在一個芯片中有效地提供了四個調(diào)制解調(diào)器，并促進(jìn)了自動掃描功能，使開發(fā)人員能夠與多達(dá)四個RF端口進(jìn)行交互，以滿足AISG v3.0的新ping要求。

集成 4：1 多路復(fù)用

v3.0要求在所有連接的RF信道上啟動和檢測ping數(shù)據(jù)包，這將允許最終用戶映射電纜連接，識別多個初級和次級，并在初始組裝期間查找接口中的故障等。如前所述，在示例中增加16個調(diào)制解調(diào)器IC是多余的，使用RF開關(guān)在端口之間共享AISG調(diào)制解調(diào)器可以更容易地滿足。這成為新的、集成度更高的設(shè)備的主要動機。

這就是新型MAX11947的用武之地。集成的 4：1 多路復(fù)用器提供內(nèi)置開關(guān)功能，大大減少了指定和測試額外電路的需求，同時降低了而不是增加了 BOM 要求。在前面的例子中，AISG v2.0系統(tǒng)中的16個調(diào)制解調(diào)器和支持v3.0的系統(tǒng)可能需要的11947個調(diào)制解調(diào)器，由于其多路復(fù)用功能（圖1中的紫色塊），MAX<>調(diào)制解調(diào)器總共減少到只有<>個。

自動端口掃描

將4：1多路復(fù)用器與我們的高性能AISG調(diào)制解調(diào)器集成，使得Maxim還包含一個專用的有限狀態(tài)機，以一致驅(qū)動所有組件。新型MAX11947提供無代碼、非微控制器的掃描端口和識別ping載波信號，用戶干預(yù)極少。自動端口掃描功能將有助于映射硬件互連并查找射頻布線系統(tǒng)的故障 - 使用比其他方式更少的IC組件完成該過程。

有關(guān)端口掃描功能的更多詳細(xì)信息，請參考MAX11947數(shù)據(jù)資料的“端口掃描”部分，具體細(xì)節(jié)參見應(yīng)用筆記7428：MAX11947的端口掃描操作。

內(nèi)部可調(diào)的發(fā)射功率

MAX11947對發(fā)送器輸出功率的可調(diào)性與原來的MAX9947調(diào)制解調(diào)器相同，但現(xiàn)在通過SPI接口進(jìn)行調(diào)整，而不需要在系統(tǒng)設(shè)計中包含固定的電阻值。通過改變寄存器中的可編程值，輸出可以在約-0.5dBm至約+7.0dBm范圍內(nèi)以0.5dB步長調(diào)節(jié)（最高功率取決于電源電壓）。這種對TX電源的數(shù)字控制為系統(tǒng)設(shè)計人員提供了即時功率調(diào)節(jié)能力，從理論上講，一旦安裝在現(xiàn)場，就可以獲得更好的性能。這種可調(diào)功率還允許設(shè)計人員適應(yīng)旁路通道的信號分配器，同時仍滿足AISG發(fā)射器的功率要求（見圖2B）。

有關(guān)可調(diào)TX功率的更多詳細(xì)信息，請參見MAX11947數(shù)據(jù)資料的“輸出功率控制”部分。

增加了 RX 閾值的可調(diào)性

與發(fā)射器可調(diào)輸出功率一樣，接收器閾值可能會受到功率分配器、線控濾波或RF通道上其他衰減因素的影響。遺憾的是，在原來的MAX9947調(diào)制解調(diào)器中沒有可調(diào)的開/關(guān)門限。

MAX11947的另一個特點是能夠像TX功率一樣獨立調(diào)整RX比較電平。這也是通過對內(nèi)部寄存器進(jìn)行編程來實現(xiàn)的，允許載波檢測閾值范圍從-15dBm到-21.5dBm。調(diào)制解調(diào)器還允許即時調(diào)整RX，再次允許系統(tǒng)設(shè)計人員將這種靈活性傳遞給最終用戶。

有關(guān)可調(diào)RX靈敏度門限的更多詳細(xì)信息，請參見MAX11947數(shù)據(jù)資料的“輸入范圍和靈敏度門限控制”和“串聯(lián)衰減”部分。

新的省電模式

最初的MAX9947僅提供一種工作模式，要么上電并準(zhǔn)備接收和發(fā)送，要么關(guān)斷，沒有任何功能。MAX11947具有多種電源模式：工作、待機和關(guān)斷。這為系統(tǒng)設(shè)計人員提供了許多節(jié)省功耗的選擇。

顧名思義，全工作模式的工作原理是器件中的所有內(nèi)容都在運行，包括發(fā)射器和接收器路徑、晶體振蕩器和 SYNCOUT 系統(tǒng)（由一個晶體振蕩器使用的初級/次級），以及數(shù)字寄存器和串行接口。

相反，待機模式禁用發(fā)射器電路。由于調(diào)制解調(diào)器將花費大部分時間偵聽RF端口上的傳入消息，因此使用待機模式可以節(jié)省大量功耗，通常電流消耗比全工作模式低11mA。這使系統(tǒng)能夠以較低的功率設(shè)置持續(xù)偵聽OOK信號，一旦即將發(fā)出消息，就可以使能發(fā)送器電路。

通過使用省電模式禁用發(fā)射器和接收器電路，可實現(xiàn)更多的節(jié)能。此模式可以最大限度地節(jié)省功耗（通常比工作模式低 20mA），同時仍允許調(diào)制解調(diào)器充當(dāng)下游其他振蕩器的主要振蕩器。如果SYNCOUT緩沖器也關(guān)斷，與工作模式相比，系統(tǒng)設(shè)計人員可以節(jié)省23mA以上的電流。

有關(guān)各種省電模式的更多詳細(xì)信息，請參考MAX11947數(shù)據(jù)資料的“待機和關(guān)斷工作模式”部分。

改進(jìn)的頻譜性能

MAX9947滿足這些模板要求，同時在1MHz拐點處提供2~30dB的窄裕量。同樣，具有競爭力的AISG調(diào)制解調(diào)器提供約4dB的裕量。

圖4.比較光譜性能。

MAX11947超越了上一代調(diào)制解調(diào)器的一致性，在15MHz點為系統(tǒng)設(shè)計人員提供了約30dB的頻譜模板裕量。

緩沖同步和繼續(xù)操作

MAX9947和MAX11947均可用于初級/次級配置，節(jié)省晶體，從而降低BOM成本。最初的MAX9947由于沒有低功耗模式而受到阻礙，該模式既能使XO電路工作又能節(jié)省功耗。

MAX11947解決了這一缺陷。新調(diào)制解調(diào)器提供待機和關(guān)斷選項，包括在啟用這些低功耗模式時使用振蕩器電路的能力。

新型MAX11947的另一個特性是可調(diào)的SYNCOUT驅(qū)動能力。通過修改寄存器值，用戶可以禁用輸出（節(jié)省更多功率），將其設(shè)置為默認(rèn)驅(qū)動電平（與原始MAX9947匹配），或者升壓至正常驅(qū)動電流的2倍甚至4倍。為了保持漏極開路信號的相同輸出電壓電平，必須按比例調(diào)整上拉電阻。例如，在正常的1x設(shè)置下，推薦的上拉電阻是1k？而在 4x 電流模式下，上拉電阻應(yīng)減小 4 倍，因此 250？電阻器。這個總上拉值可以實現(xiàn)為四個并聯(lián)1k嗎？電阻分布在“星形菊花鏈”拓?fù)渲校鐖D5所示。如果主調(diào)制解調(diào)器和輔助調(diào)制解調(diào)器之間的走線距離較長，這可能會有所幫助。

圖5.分布式同步星形菊花鏈。

有關(guān)振蕩器電路關(guān)斷的詳細(xì)信息，請參見“關(guān)斷模式”部分，緩沖SYNCOUT操作請參考MAX11947數(shù)據(jù)資料的“時鐘主/從配置”部分。

備用調(diào)制解調(diào)器接口

控制最初的MAX9947的過程很簡單：通過TXIN、DIR和RXOUT引腳將RS-485驅(qū)動器或微控制器（MCU）連接到經(jīng)典的RS-485接口信號。新的MAX11947可以復(fù)制相同的過程，盡管現(xiàn)在這些相同的信號也鏡像在SPI寄存器中。這意味著不需要額外的GPIO、UART或其他端口引腳即可與SPI和經(jīng)典調(diào)制解調(diào)器信號接口。

通過從鏡像的DIR和RXOUT位讀取并寫入TX_ON位，可以通過寄存器執(zhí)行接口和控制。系統(tǒng)設(shè)計人員現(xiàn)在可以選擇使用調(diào)制解調(diào)器作為RF端口和MCU之間的橋梁，而資源最少。

有關(guān)在不連接傳統(tǒng)RS-485調(diào)制解調(diào)器引腳的情況下使用調(diào)制解調(diào)器的更多詳細(xì)信息，請參考MAX11947數(shù)據(jù)資料的“備用調(diào)制解調(diào)器接口”部分。

結(jié)論

MAX11947專為滿足新型AISG v3.0系統(tǒng)設(shè)計人員的需求而設(shè)計。它提供了擴展調(diào)制解調(diào)器卷筒的額外優(yōu)勢，并提供新的內(nèi)置靈活性，而不僅僅是節(jié)省設(shè)計時間和BOM成本。

審核編輯：郭婷