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一文深度解析AD9361增益控制

FPGA之家 ? 來源:FPGA技術江湖 ? 作者:FPGA技術江湖 ? 2021-05-08 11:04 ? 次閱讀
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Overview

功能與寄存器之間的關系說明

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發射功率控制

TX功率由TX通路的模擬衰減值和數字衰減值控制。

模擬衰減

模擬衰減值由9bit二進制數決定,有效范圍359個等級,每個等級衰減0.25dB, 模擬鏈路總共衰減范圍是89.75dB。

TX1衰減值寄存器:0x074[D0]+0x073[D7:D0]

TX2 衰減值寄存器:0x076[D0]+0x075[D7:D0]

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數字衰減

數字衰減值由寄存器0x079[D4:D0]控制,0x079[D6]=1表示TX1衰減值等于TX2,0x079[D6]=0表示TX1通道衰減生效。

接收增益控制

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接收鏈路增益控制模塊

AD9361接收增益的調整是由模擬增益和數字增益共同決定的,控制方式為:自動控制和手動控制,增益調整范圍為90dB,數字增益最大為31dB,模擬增益最大為76dB,增益分配是由查找表決定的,查找表也有單表模式和多表模式。

低功率門限

低功率門限對兩個接收通道同時有效。

門限范圍:0至-63.5dBFS,控制精度0.5dBFS/LSB。

門限值寄存器地址0x114,0x114[D6:D0]=128檔門限值。

低功率門限可應用于快速AGC(fast attack AGC)和手動AGC(MGC)兩種模式

fast attack AGC:當檢測到功率低于門限時,flag非立刻生效,只有在低功率持續一個時間段后生效。持續時間=0x11B

MGC:只要低于功率門限,flag立即生效。

平均功率測量

平均功率測量方法使抽取一系列樣本取平均,抽取樣本的持續周期由寄存器設置,地址0x15c[D3:D0]

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峰值功率檢測時間

一般地,通過峰值超出持續時間來控制增益。通過RX的FIR濾波器時鐘頻率(clkRF)對信號峰值采樣,峰值超出時間記錄在0x0FE[D4:D0]

Delay設置

功率檢測在RX-FIR濾波器前進行。當增益設置改變時功率測量需要維持時延,以便RX-FIR之前的模塊完成準備。Delay=0x111[D4:D0]*2,時鐘頻率為clkRF

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增益表(Gain Table)

AD9361增益分為數字增益和模擬增益兩部分,且兩部分獨立控制。

模擬增益表有兩種模式:整體表(full table)和分立表(split table),兩種模式選擇由寄存器0x0FB[D3]控制。

Full模式指接收通道的所有增益由value來體現;

split模式將接收通道增益分為LMT(LAN、MIXER、TIA)和LPF兩個獨立部分。

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Full table mode

在full模式下,改變總體增益值,比如由60改成59,鏈路中增益模塊(LNA、TIA、LPF…)的參數可能都會改變。
通過SPI可讀取增益值,0x2B0[D6:D0]指示RX1的增益,0x2B5[D6:D0]指示RX2的增益。
最大的full模式下的增益可在寄存器0x0FD中設置,最大值為76(十進制)。如果在split模式下該寄存器最大值是40(十進制)

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Split Table Mode

Split模式下模擬總增益最大值可由寄存器0x0FD設置,最大值為40(十進制),由LMT和LPF兩部分組成。

RX1的LMT增益可通過0x2B0[D6:D0]設置;LPF增益可通過0x2B1[D4:D0]設置,范圍0到24(十進制)。RX2的LMT增益可通過0x2B5[D6:D0]設置;LPF增益可通過0x2B6[D4:D0]設置,范圍0到24(十進制)。

注意:split模式下的增益不是簡單的LMT GAIN+LPF GAIN。增加LMT增益1dB,可能不會導致整體增益增加1dB。

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數字增益

數字增益使能標志位0x0FB[D2],寄存器0x100[D4:D0]可設置最大增益值,且不超過31.
由于數字增益不會惡化SNR,在鏈路總增益固定的情形下,可以通過增加數字增益,減小模擬增益來優化鏈路性能。

注意:

當寄存器0x10B[D5]=1時,無論數字增益標志位0x0FB[D2]為何值,RX1通道數字增益強制為0x10B[D4:D0];

當寄存器0x10E[D5]=1時,無論數字增益標志位0x0FB[D2]為何值,RX2通道數字增益強制為0x10E[D4:D0];

手動增益控制(MANUAL GAIN CONTROL (MGC)MODE)

MGC有兩種控制方式,一種是SPI直接寫入增益值,另一種是通過指針查表方式查找合適增益值。MGC模式由寄存器0x0FA后四位使能,0x0FA[D3:D2]=00,RX2進入MGC模式;0x0FA[D1:D0]=00,RX1進入MGC模式。

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注意:MGC控制方法:

設置0x0FA[D3:D0],使RX1、RX2進入MGC模式;

0x0FC[D7:D5]的值是MGC增益指針查表時增加的步徑,0x0FE[D7:D5]的值是MGC增益指針查表時減小的步徑。

MGC方式下的full table 模式

MGC方式下的split table 模式

SPI 直接寫入增益值

LMTRX1控制寄存器地址0x109,

LMT RX2=0x10C,

LPF RX1=0x10A, LPF RX2=0x10D,

Digtal RX1=0x10B, Digtal RX2=0x10E,

指針查表方式改變增益

在這種模式下存在一個問題,那就是查表時首先改變哪部分(LMTLPF)的增益,這由寄存器0x0FC[D4:D3]來確定。

如果0x0FC[D3]=0,則0x0FC[D4]=1改變LMT增益,0x0FC[D4]=0改變LPF增益.

如果0x0FC[D3]=1,則0x0FC[D4]狀態忽略,由峰值功率檢測機制(AD9361 peak detectors)決定改變LMT還是LPF增益。在這種模式下由寄存器0x11A將 LMT增益分為Upper和Lower兩部分。

AGC 慢速控制(Slow attack)

應用場景:在FDD場景下。

設置方法:

0x0FA[D4]=0,確保不進入“Slow Attack Hybrid Mode”

RX1:0x0FA[D3:D2]=10; RX2:0x0FA[D1:D0]=10

AGC Slow attack 控制環

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設置增益更新時間

在0x124和0x125中設置更新時間,并以RFclk時鐘計數,當達到0x124的value時,鏈路增益值更新。

Slow attack AGC模式下的full gain table

Slow 模式功率過載時,單增益表控制增益方式如下:

e222ac44-af27-11eb-bf61-12bb97331649.png

Slow attack AGC模式下的split gain table

如果gain在LPF表中變化,步徑=0x106[D3:D0],如果gain在LMT表中變化,步徑=0x103[D4:D2]

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AGC混合控制模式

該模式是slow 模式,但是增益更新不受時間限制,只要BBP 拉高 CTRL_IN2 信號,則增益表更新。

設置方法:

0x0FA[D4]=1

RX2使能0x0FA[D3:D2]=11;RX1使能0x0FA[D1:D0]=11

AGC快速控制模式(fast attack mode)

AGC fast attack mode對過載的響應非常快,這樣當信號的數據部分到達時,AGC就能穩定到最佳增益指標。

AGC是通過狀態機實現增益鎖定,如果狀態機幾個狀態完成還沒有鎖定增益,則返回狀態機復位狀態。狀態機如下圖:

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STATE0

復位狀態,當9361沒有進入RX狀態時,狀態機停留在這一狀態。

STATE1

進入RX狀態,狀態機做一個時延使進入gain偵查準備。時延值寄存器地址0x022

檢測峰值功率是否過載,檢測時間值=0x117[D4:D0],如果不過載則進入狀態2

檢測到峰值功率過載,調節機制如下:

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STATE2

在HB1輸出處測量平均功率值,打開各功率過載檢測器,一旦發現過載則返回狀態1;

平均功率如果低于“低功率門限值”,啟動增益增加機制。完成增益增加后返回狀態1;

平均功率值與0x101比較,然后調整增益使之與平均功率匹配。鏈路最大增益由0x118確定。

在 full table模式下,增益調整直接增益參數。Flit模式下,如果0x111[D6]=1,執行如下操作:

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如果0x111[D6]=0,則只有LPF的增益值改變使之匹配平均功率值

STATE3

狀態機進入增益鎖定狀態,功率過載檢測機制繼續進行。如果功率過載或者過低,增益進入非鎖定狀態。功率過低響應機制和state2一樣。

STATE4

狀態3檢測到功率過載進入狀態4,狀態4下增益調整可以在單表(full table)和分表(split table)模式下進行。調整步徑發生改變,由寄存器0x112[D7:D6],0x113[D7:D5]確定。

STATE5

在此狀態下,增益是鎖定狀態。平均功率檢測周期發生變化,由寄存器0x109[D7],0x10A[D7:D5]控制功率檢測周期。

未完待續

太難了。。。原創不易,摸索更不易,如果對您有幫助,歡迎點贊,在看,轉發也是對作者的支持與厚愛,感謝!

編輯:jq

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原文標題:深度解析,AD9361增益控制詳解

文章出處:【微信號:zhuyandz,微信公眾號:FPGA之家】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。

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