1、概述
在(zài)四(sì)通(tòng)道(dào)接收(shōu)機(jī)的(de)測試过(guò)程中，發(fà)現(xiàn)了(le)接收(shōu)通(tòng)道(dào)AGC的(de)一(yī)些(xiē)不(bù)合理(lǐ)的(de)現(xiàn)象(xiàng)，针对(duì)这(zhè)些(xiē)現(xiàn)象(xiàng)，对(duì)AD9361的(de)AGC配置進(jìn)行了(le)一(yī)系(xì)列調整和(hé)測試，最(zuì)終(zhōng)滿足了(le)指标(biāo)的(de)要(yào)求。本(běn)文(wén)章(zhāng)詳细闡述了(le)測試中的(de)不(bù)合理(lǐ)現(xiàn)象(xiàng)及(jí)针对(duì)性(xìng)的(de)優化(huà)措施。本(běn)文(wén)所(suǒ)闡述的(de)優化(huà)方(fāng)法(fǎ)适用(yòng)于(yú)基于(yú)AD9361的(de)接收(shōu)機(jī)慢速AGC的(de)優化(huà)配置。
2、測試平台描述
本(běn)文(wén)章(zhāng)所(suǒ)闡述的(de)測試过(guò)程均基于(yú)四(sì)通(tòng)道(dào)接收(shōu)機(jī)平台，其接收(shōu)鍊(liàn)路(lù)如(rú)图(tú)1所(suǒ)示。
接收(shōu)機(jī)測試信号(hào)为(wèi)AM調制信号(hào)，信号(hào)源輸出信号(hào)配置为(wèi)：
● 輸出頻率：243.45MHz/406.028MHz
● AM調制頻率：1KHz
● 調制率：50%
● 輸出幅度(dù)：-110dBm~-20dBm
● 示波(bō)器可(kě)測量(liàng)經(jīng)过(guò)解(jiě)码之后的(de)1kHz语音(yīn)信号(hào)
3、測試过(guò)程
現(xiàn)象(xiàng)1：信号(hào)源輸出243.45MHz的(de)AM調制信号(hào)，當輸入(rù)信号(hào)幅度(dù)在(zài)-110dBm~-20dBm之間(jiān)变化(huà)时(shí)，示波(bō)器測量(liàng)輸出音(yīn)頻信号(hào)的(de)幅度(dù)变化(huà)範圍过(guò)大(dà)， 1KHz正(zhèng)弦波(bō)的(de)峰(fēng)峰(fēng)值变化(huà)範圍約为(wèi)0.4~1.2V，即約5dB（換算为(wèi)功率，变化(huà)範圍約9.6dB）。
在(zài)實(shí)際應(yìng)用(yòng)中，如(rú)果(guǒ)音(yīn)頻信号(hào)輸出幅度(dù)变化(huà)範圍过(guò)大(dà)，表(biǎo)現(xiàn)为(wèi)人(rén)員听(tīng)到(dào)的(de)聲音(yīn)響度(dù)变化(huà)較大(dà)，所(suǒ)以(yǐ)需要(yào)使语音(yīn)輸出幅度(dù)更(gèng)加穩定(dìng)。用(yòng)戶的(de)要(yào)求为(wèi)语音(yīn)輸出信号(hào)幅度(dù)变化(huà)範圍不(bù)超过(guò)3dB。
經(jīng)过(guò)分(fēn)析，當前(qián)AD9361接收(shōu)通(tòng)道(dào)采用(yòng)快(kuài)速AGC，对(duì)比AD9361幾(jǐ)種(zhǒng)增益控制方(fāng)式的(de)特(tè)點(diǎn)，如(rú)表(biǎo)1所(suǒ)示。發(fà)現(xiàn)这(zhè)種(zhǒng)現(xiàn)象(xiàng)是Fast AGC無法(fǎ)避免的(de)，而(ér)AM調制信号(hào)的(de)接收(shōu)非(fēi)常适合使用(yòng)Slow AGC的(de)方(fāng)式。
表(biǎo)1 AD9361增益控制方(fāng)式对(duì)比
| 增益控制方(fāng)式 | 原理(lǐ) | 特(tè)點(diǎn) | 使用(yòng)场(chǎng)景 |
| Slow AGC | 每隔一(yī)段(duàn)时(shí)間(jiān)（可(kě)編程計(jì)數器），以(yǐ)保持(chí)信号(hào)平均功率在(zài)一(yī)个(gè)阈值可(kě)編程的(de)窗(chuāng)口(kǒu)以(yǐ)內(nèi)。 增益更(gèng)新时(shí)間(jiān)：默认1ms，可(kě)根(gēn)據(jù)需要(yào)增减，最(zuì)大(dà)約125ms | 優點(diǎn)：性(xìng)能(néng)穩定(dìng) 缺點(diǎn)：收(shōu)斂时(shí)間(jiān)长(cháng) 特(tè)點(diǎn)：增益更(gèng)新时(shí)間(jiān)、目标(biāo)收(shōu)斂窗(chuāng)口(kǒu)可(kě)配置 | 适用(yòng)于(yú)低(dī)变化(huà)速率信号(hào)（如(rú)FDD双(shuāng)工方(fāng)式的(de)WCDMA、FDD LTE等） |
| Fast AGC | 在(zài)最(zuì)快(kuài)时(shí)間(jiān)內(nèi)将信号(hào)功率調整到(dào)目标(biāo)值后，如(rú)不(bù)發(fà)生信号(hào)功率明(míng)顯波(bō)動(dòng)，增益鎖定(dìng)信号(hào)收(shōu)斂时(shí)間(jiān)：6us左(zuǒ)右(yòu) | 優點(diǎn)：速度(dù)快(kuài) 缺點(diǎn)：由(yóu)于(yú)增益鎖定(dìng)，可(kě)能(néng)輸出信号(hào)幅度(dù)会(huì)有(yǒu)小範圍波(bō)動(dòng)（實(shí)測不(bù)超过(guò)6dB） 特(tè)點(diǎn)：信号(hào)目标(biāo)功率可(kě)配置 | 适用(yòng)于(yú)突發(fà)信号(hào)环(huán)境中，例如(rú)：TDD應(yìng)用(yòng)或(huò)者(zhě)FDD的(de)GSM/EDGE應(yìng)用(yòng) |
| MGC | BBP在(zài)I/O口(kǒu)評估數字(zì)信号(hào)的(de)功率，利用(yòng)自(zì)己的(de)算法(fǎ)通(tòng)过(guò)SPI或(huò)芯片(piàn)輸入(rù)管(guǎn)教控制增益 | 優點(diǎn)：基于(yú)需求自(zì)主(zhǔ)定(dìng)制 缺點(diǎn)：增益控制效果(guǒ)需自(zì)己調試 | 适用(yòng)于(yú)有(yǒu)特(tè)殊需求的(de)环(huán)境中，如(rú)接收(shōu)到(dào)的(de)信号(hào)恒定(dìng)、不(bù)需要(yào)調节(jié)增益等。 |
| Hybrid AGC | 與(yǔ)Slow AGC唯一(yī)的(de)區(qū)别在(zài)于(yú)不(bù)再使用(yòng)增益更(gèng)新計(jì)數器，取(qǔ)而(ér)代之的(de)是，當BBP将引腳(jiǎo)CTRL_IN2拉高(gāo)时(shí)更(gèng)新增益 | 優點(diǎn)：增益更(gèng)新时(shí)間(jiān)可(kě)以(yǐ)不(bù)固定(dìng)，可(kě)根(gēn)據(jù)需求，利用(yòng)引腳(jiǎo)靈活控制 缺點(diǎn)：增益控制效果(guǒ)需自(zì)己調試 | 适用(yòng)于(yú)对(duì)增益更(gèng)新时(shí)間(jiān)有(yǒu)变化(huà)需求的(de)环(huán)境中 |
将增益控制方(fāng)式更(gèng)改为(wèi)Slow AGC，通(tòng)过(guò)对(duì)Slow AGC門(mén)限阈值、平均功率測量(liàng)周期(qī)等參數的(de)調节(jié)配置，AGC詳细配置參數如(rú)下(xià)：
經(jīng)过(guò)測試，信号(hào)源輸出幅度(dù)在(zài)-105~-20dBm範圍內(nèi)变化(huà)时(shí)，輸出音(yīn)頻信号(hào)峰(fēng)峰(fēng)值Vpp的(de)範圍約为(wèi)600mV~720mV，約为(wèi)0.8dB（換算为(wèi)功率約1.6dB），能(néng)夠很好(hǎo)的(de)解(jiě)決現(xiàn)象(xiàng)1的(de)問(wèn)題(tí)。
現(xiàn)象(xiàng)2：将AD9361增益控制方(fāng)式改为(wèi)Slow AGC后，發(fà)現(xiàn)當信号(hào)源輸出幅度(dù)在(zài)-75.5dBm±0.4dB和(hé)-44.5dBm±0.4dB範圍时(shí)輸出音(yīn)頻信号(hào)波(bō)形不(bù)穩定(dìng)，如(rú)下(xià)图(tú)所(suǒ)示。
通(tòng)过(guò)对(duì)AD9361內(nèi)部(bù)增益進(jìn)行連(lián)續读(dú)取(qǔ)，發(fà)現(xiàn)發(fà)生該現(xiàn)象(xiàng)时(shí)，接收(shōu)通(tòng)道(dào)的(de)增益未鎖定(dìng)，增益在(zài)30dB和(hé)31dB之間(jiān)不(bù)斷切(qiè)換。
如(rú)果(guǒ)将AGC的(de)目标(biāo)窗(chuāng)口(kǒu)阈值整體(tǐ)下(xià)調5dB，会(huì)發(fà)現(xiàn)，發(fà)生現(xiàn)象(xiàng)2的(de)輸入(rù)信号(hào)幅度(dù)也(yě)会(huì)降低(dī)5dB，而(ér)读(dú)取(qǔ)到(dào)的(de)增益值依然在(zài)30dB和(hé)31dB之間(jiān)不(bù)斷切(qiè)換。
根(gēn)據(jù)現(xiàn)象(xiàng)，優先(xiān)考慮造成(chéng)該現(xiàn)象(xiàng)的(de)原因(yīn)與(yǔ)增益表(biǎo)在(zài)30dB和(hé)31dB的(de)具體(tǐ)配置有(yǒu)關(guān)系(xì)，該平台使用(yòng)的(de)增益表(biǎo)是默认增益表(biǎo)，該增益表(biǎo)适用(yòng)頻段(duàn)为(wèi)200MHz~1300MHz，截取(qǔ)增益表(biǎo)部(bù)分(fēn)配置如(rú)下(xià)：
其中框選部(bù)分(fēn)从左(zuǒ)至(zhì)右(yòu)依次(cì)为(wèi)LNA增益、Mixer增益、TIA增益、LPF增益和(hé)接收(shōu)總(zǒng)增益。
从表(biǎo)中可(kě)以(yǐ)很清(qīng)楚的(de)發(fà)現(xiàn)，在(zài)總(zǒng)增益从30dB向(xiàng)31dB变化(huà)时(shí)，LNA的(de)增益从5dB变化(huà)为(wèi)17dB（从狀态0变为(wèi)狀态1），LPF增益从11dB变为(wèi)0dB，其他(tā)維持(chí)不(bù)变。
經(jīng)过(guò)查閱，在(zài)ADI官方(fāng)論壇發(fà)現(xiàn)了(le)相同(tóng)的(de)問(wèn)題(tí)，鍊(liàn)接为(wèi)https://ez.analog.com/wide-band-rf-transceivers/design-support/f/q-a/78605/ad9361-problem-with-slow-attack-agc，
解(jiě)決方(fāng)法(fǎ)为(wèi)：
按照此(cǐ)方(fāng)法(fǎ)，对(duì)寄存器0x22[D6]進(jìn)行了(le)更(gèng)改，再次(cì)測試，發(fà)現(xiàn)現(xiàn)象(xiàng)2並(bìng)沒(méi)有(yǒu)消除，此(cǐ)方(fāng)法(fǎ)並(bìng)沒(méi)有(yǒu)太大(dà)的(de)效果(guǒ)。
經(jīng)过(guò)咨詢，确认了(le)發(fà)生該現(xiàn)象(xiàng)的(de)根(gēn)本(běn)原因(yīn)：
本(běn)平台的(de)Slow AGC所(suǒ)使用(yòng)的(de)增益表(biǎo)为(wèi)官方(fāng)默认增益表(biǎo)，使用(yòng)頻段(duàn)範圍为(wèi)200MHz~1300MHz，當增益在(zài)30dB/31dB之間(jiān)变化(huà)时(shí)，其增益变化(huà)量(liàng)的(de)标(biāo)稱值應(yìng)为(wèi)1dB，但是實(shí)際上(shàng)，对(duì)于(yú)應(yìng)用(yòng)頻點(diǎn)243MHz/406MHz，增益的(de)变化(huà)量(liàng)不(bù)只(zhī)1dB（4-5dB）。所(suǒ)以(yǐ)，當輸入(rù)幅度(dù)發(fà)生变化(huà)，使增益在(zài)30dB/31dB之間(jiān)变化(huà)时(shí)，實(shí)際增益变化(huà)了(le)4-5dB，使平均功率值直(zhí)接跨过(guò)了(le)目标(biāo)窗(chuāng)口(kǒu)，然后就(jiù)会(huì)使增益在(zài)30dB和(hé)31dB之間(jiān)連(lián)續跳变，增益無法(fǎ)鎖定(dìng)。
下(xià)图(tú)描述了(le)輸入(rù)信号(hào)幅度(dù)增加到(dào)某临界點(diǎn)时(shí)發(fà)生現(xiàn)象(xiàng)2的(de)过(guò)程。
明(míng)白了(le)出現(xiàn)現(xiàn)象(xiàng)2的(de)原因(yīn)，为(wèi)了(le)消除現(xiàn)象(xiàng)2，可(kě)以(yǐ)使用(yòng)两(liǎng)種(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)：
方(fāng)法(fǎ)1：擴大(dà)平均功率的(de)目标(biāo)窗(chuāng)口(kǒu)，使增益在(zài)30dB/31dB之間(jiān)切(qiè)換时(shí)，平均功率不(bù)会(huì)直(zhí)接跨过(guò)窗(chuāng)口(kǒu)；
方(fāng)法(fǎ)2：使用(yòng)MGC進(jìn)行測試，重(zhòng)新标(biāo)定(dìng)增益表(biǎo)，使增益表(biǎo)的(de)增益更(gèng)接近(jìn)标(biāo)稱值。
按照方(fāng)法(fǎ)1進(jìn)行優化(huà)，當窗(chuāng)口(kǒu)大(dà)小調整为(wèi)4dB时(shí)，現(xiàn)象(xiàng)2得到(dào)消除。
方(fāng)法(fǎ)1能(néng)快(kuài)速優化(huà)AGC，消除現(xiàn)象(xiàng)2，但是使用(yòng)方(fāng)法(fǎ)2卻可(kě)以(yǐ)从根(gēn)本(běn)上(shàng)解(jiě)決該問(wèn)題(tí)，並(bìng)且(qiě)能(néng)夠为(wèi)之后的(de)類(lèi)似平台起(qǐ)到(dào)重(zhòng)要(yào)的(de)參考作(zuò)用(yòng)。
現(xiàn)象(xiàng)3：小信号(hào)时(shí)，輸出波(bō)形發(fà)生抖動(dòng)，增益無法(fǎ)鎖定(dìng)
現(xiàn)象(xiàng)描述：信号(hào)源輸出頻率406MHz，當輸入(rù)信号(hào)幅度(dù)降低(dī)到(dào)一(yī)定(dìng)程度(dù)（-100dBm左(zuǒ)右(yòu)）时(shí)，示波(bō)器測量(liàng)的(de)音(yīn)頻信号(hào)波(bō)形会(huì)發(fà)生抖動(dòng)。
针对(duì)該問(wèn)題(tí)做过(guò)以(yǐ)下(xià)試验(yàn)：
将AGC改为(wèi)MGC，輸入(rù)小信号(hào)（-110~-100dBm），在(zài)接收(shōu)增益增大(dà)到(dào)某一(yī)值以(yǐ)上(shàng)时(shí)，輸出音(yīn)頻波(bō)形会(huì)抖動(dòng)：
将慢速AGC窗(chuāng)口(kǒu)阈值整體(tǐ)降低(dī)5dB（或(huò)10dB），發(fà)生視頻11.mp4現(xiàn)象(xiàng)的(de)信号(hào)源幅度(dù)也(yě)会(huì)降低(dī)響應(yìng)的(de)dB數。
接收(shōu)信号(hào)經(jīng)过(guò)了(le)：低(dī)噪放(fàng)、带(dài)通(tòng)濾波(bō)器（带(dài)宽(kuān)为(wèi)3MHz）、固定(dìng)衰减、AD9361，AD9361中的(de)中頻濾波(bō)器带(dài)宽(kuān)为(wèi)1.5MHz。在(zài)測試过(guò)程中發(fà)現(xiàn)：當中頻濾波(bō)器带(dài)宽(kuān)更(gèng)改为(wèi)3MHz时(shí)，該現(xiàn)象(xiàng)有(yǒu)所(suǒ)改善（發(fà)生波(bō)形抖動(dòng)的(de)輸入(rù)幅度(dù)降低(dī)到(dào)-105dBm）。
調整計(jì)算平均功率所(suǒ)使用(yòng)的(de)采樣(yàng)數據(jù)量(liàng)，原本(běn)設置为(wèi)8192，,改为(wèi)16384时(shí)效果(guǒ)最(zuì)好(hǎo)，發(fà)生波(bō)形抖動(dòng)的(de)幅度(dù)降低(dī)。
波(bō)形發(fà)生抖動(dòng)时(shí)，上(shàng)位(wèi)機(jī)抓取(qǔ)到(dào)的(de)AD9361增益值会(huì)在(zài)大(dà)範圍內(nèi)变化(huà)（如(rú)4dB），IQ數據(jù)觀察的(de)現(xiàn)象(xiàng)是：IQ數據(jù)中会(huì)出現(xiàn)上(shàng)升(shēng)的(de)階(jiē)躍，然后緩慢下(xià)降。
根(gēn)據(jù)上(shàng)述試验(yàn)現(xiàn)象(xiàng)，可(kě)以(yǐ)結合調整LPF带(dài)宽(kuān)、AGC窗(chuāng)口(kǒu)以(yǐ)及(jí)平均功率采樣(yàng)點(diǎn)數量(liàng)的(de)方(fāng)式来(lái)進(jìn)一(yī)步降低(dī)可(kě)能(néng)發(fà)生波(bō)形抖動(dòng)的(de)輸入(rù)頻率，变相的(de)提(tí)高(gāo)了(le)接收(shōu)靈敏度(dù)。
經(jīng)过(guò)試验(yàn)，做以(yǐ)下(xià)調整：
将AGC窗(chuāng)口(kǒu)值整體(tǐ)降低(dī)5dB；
将LPF的(de)带(dài)宽(kuān)改为(wèi)3MHz；
将平均功率采樣(yàng)點(diǎn)數量(liàng)調整为(wèi)16384。
調整后，現(xiàn)象(xiàng)3消除，靈敏度(dù)能(néng)达(dá)到(dào)-110dBm。
但是，出現(xiàn)小信号(hào)接收(shōu)时(shí)波(bō)形抖動(dòng)的(de)原因(yīn)還(huán)需進(jìn)一(yī)步分(fēn)析，后期(qī)建議将I、Q數據(jù)導出，使用(yòng)matlab等工具進(jìn)行數據(jù)分(fēn)析。
