ADI小型化卫星通信方案

作者：骏龙科技 吴红辉

随着移动通信的不断发展，移动通信技术已经发展到第五代，第六代技术也呼之欲出，它的各项标准正在紧锣密鼓地制定中。相比于前五代技术，第六代移动通信在信号覆盖方面，将不仅仅依赖于地面基站，同时还会使用到卫星，也就是我们所说的“天地一体化”。未来通信技术的发展趋势将推动RF系统实现更宽带宽、更高性能、更低功耗，同时提高频率范围且尺寸小型化的力量越来越强大。

当前卫星通信设备需求日益递增，加上体积成本和功耗方面的原因，传统的卫星通信设备已然不能满足要求，需要成本更低，体积更小，功耗更低的设备来替代。本文将从传统方案和现代小型化方案两个方面加以阐述，为大家介绍ADI最新集成化方案。

传统超外差接收与发射方案

传统超外差接收与发射方案，可以提供很高的指标(如IP3 OP3、P1dB、隔离等)，但同时也带来了更高的成本功耗以及较大的尺寸，不利于大范围高密度部署。传统超外差收发系统，如下图(图1) 所示：

图1 传统超外差收发系统

传统方案的具体通信链路，如下图(图2)所示：

图2 传统超外差接收和发射信号链

ADI集成化方案

随着软件无线电技术的发展，无线通信系统更加集成化、小型化。ADI研发出独有的第一代Transceiver芯片AD936X系列，和更高带宽的第二代AD937X系列，以及能支持5G的第三代ADRV900X和ADRV902X系列。不仅如此，第一代产品还新开发了升级版 ADRV9002/3/4系列，提升工艺性能的同时还能降低了功耗。

KA频段卫星通信解决方案

ADI Transceiver完美解决了Sub-6G的通信问题，当然6G以上乃至更高的卫星频段，ADI同样有非常集成化的解决方案。以Transceiver为基础可以向上扩频到X, KA .KU频段，以下先讲解KA频段卫星通信解决方案。采用AD9371的接收机和发射机卫星通信系统，如下图(图3)所示，整个方案Sub-6G模块可以固定，只需要切换射频前端就能实现不同频段的扩频通信。具体技术细节您可以咨询骏龙科技的技术人员。

图3 采用AD9371的接收机和发射机卫星通信系统

ADI通过不断创新研发，推出了一系列集成本振的射频前端变频模组，比如RX: ADMV4420、TX: ADMV4530 (KA频段)，以及最新的KU频段的(TX) ADMV4630和 (RX)ADMV4640。它们进一步简化了射频前端的设计难度，同时降低了功耗和成本。

(TX) ADMV4630的基本指标参数

· IF to Ku band upconverter with integrated PLL

· RF output frequency range: 14.0GHz to 14.5GHz

· Internal LO frequency range: 8.7GHz to 10.7GHz

· IF input frequency range: 3GHz to 5GHz 

· Noise floor density: <−140 dBm/Hz

· Matched 50Ω single-ended RF output and IF input

· On-chip power detector

· On-chip ADC

· Provides transmitter synthesizer lock detect

· Programmable at 20MHz via 4-wire SPI interface

· Transmitter mute function

· 40-lead, 6mm × 6mm LFCSP package 

ADMV4630原理框架，如下图 (图4)所示：

图4 ADMV4630原理框图

(RX) ADMV4640的基本指标参数

· X/Ku band to IF downconverter with integrated PLL

· RF input frequency range: 10.7GHz to 12.7GHz

· Internal LO frequency range: 8.7GHz to 10.7GHz

· IF output frequency range: 1.4GHz to 2.2GHz

· Noise figure: 5.2dB, minimum attenuation, LNA low gain mode

· Matched, 50Ω, single-ended RF input and IF output

· On-chip temperature sensor

· On-chip ADC

· Receiver synthesizer lock detect pin

· Programmable at 20MHz via 4-wire SPI interface

· Receiver standby function

· 40-lead, 6mm × 6mm LFCSP package 

ADMV4640 原理框架，如下图 (图5) 所示：

图5 ADMV4640原理框图

KU波段小型化通信系统方案

变频产生的交调、互调，以及本振泄露等无用或干扰信号，在最终信号处理之前都需要被滤除，否则将对通信系统产生灾难性的后果。针对这个问题ADI研发出可调谐带通滤波器如ADMV8526和HMC892A，相比于传统陶瓷和腔体滤波器，它拥有更加灵活的配置和中心频率可变的优点，同时大大减小了尺寸。有了这些集成化的产品，通信系统就能实现小型化。具体技术细节您可以咨询骏龙科技的技术人员。

图6 KU波段小型化通信系统方案

ADMV8526和HMC892A解决了传统滤波器的体积问题，同时中心频率可以灵活切换。 ADMV8526原理框架，如下图 (图7) 所示：

图7 ADMV8526原理框图

ADMV8526的基本指标参数

· Digitally tunable, octave, band-pass tuning

· 3dB bandwidth: 9% ± 2%

· Rejection (20dB): 16% away from fCENTER

· Single chip replacement for discrete filter banks

· Compact 10mm × 10mm × 1.99mm LGA package

除此之外， ADI还在电源上极具创新，开发出了业界噪声最低、PSRR最好的LDO产品 LT3042/3045，进一步提升了LO的相位噪声。与此同时，ADI开发出了第三代的Silent Switch 技术，使得DC/DC转换器的性能近乎于LDO的指标，进一步简化了传统射频系统供电的电源树，代表产品为LT8625S/LT8627S系列。

图8 LT8625S输出噪声指标

Silent Switcher®3架构

· 超低RMS噪声 (10Hz至100kHz): 4μVRMS

· 超低散粒噪声: 4nV/√Hz (10kHz 时)

· 在任何PCB上具有超低EMI辐射

· 内部旁路电容可降低辐射EMI

· 高频高效率

LT8625S的基本性能参数

· 具有高增益误差放大器的超快速瞬态响应

· 输入电压范围: 2.7V至18V

· 连续输出电流: 8A (最大值)

· 最短快速导通时间: 15ns

· 精密基准电压源: 整个温度范围为 ±0.8%(远程检测)

· PolyPhase® 操作: 最多12个相位

· 强制连续模式能力

· 可调及可同步频率范围: 300kHz4MHz

· 可编程电源良好

· 小型20 引脚 4mm × 3mm LQFN 封装

总结

本文介绍了传统超外差接收与发射方案和现代小型化卫星通信方案，ADI最新集成化方案。随着技术的不断发展，ADI的产品也在不断进步，为广大工程师带来更多更好的解决方案，引领行业不断向前发展。欲了解更多技术细节和ADI相关方案，您可联系骏龙科技各地办事处。骏龙科技的技术人员愿意为您提供更详细的技术支持。

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