专有无线系统的设计仿真与文档.pdf

专有无线系统的设计专有无线系统的设计、仿真与文档、仿真与文档 专有无线系统的设计专有无线系统的设计、、仿真与文档仿真与文档 作者：Austin Harney austin.harney@ ADI 公司 引言引言 引言引言 为短距离无线连接市场开发的标准在过去几年中得到了广泛接受，这已成为半导体市场 上最值得注意的特点之一。这些标准包括蓝牙、各种Wi-Fi、ZigBee，以及 Wibree/超 低功耗蓝牙 （Bluetooth ULP）和超宽带等新兴标准。 对于需要面对两个或多个设备的无线连接应用，明智的设计人员通常会从这些标准中寻 找一种解决方案，但是现有的无线标准并不总是能最好的适合应用的需求。 一个原因是这些标准都主要工作在免许可的 2.4GHz 频段，这一频段是全球通用的，并 具有约为 84MHz 的带宽。然而，2.4GHz 频段存在着不可忽视的共存问题，且在给定功率 预算下的传播距离较短，这使得人们对于较低的UHF 频段的兴趣增加。通用频率包括欧 洲的 868MHz 与 433MHz、美国的 902MHz 至 928MHz，以及日本的 426MHz。它们通常被统 称为 sub-GHz 频段，其中还包括其它 1GHz 以下的未许可频段。由于缺乏 1GHz 以下的无 线标准，设计人员倾向于使用专有物理层 （PHY）与通信协议栈，来满足他们的特定需 求。 图 1 所示的是大多数未许可 sub-GHz 频率被采用的地区。 图 1、全球范围内的 sub-GHz 频段 Sub-Sub-GHzGHz 无线连接系统的仿真无线连接系统的仿真 SubSub--GHzGHz 无线连接系统的仿真无线连接系统的仿真 使用 Wi-Fi 或蓝牙等无线标准的优势在于标准工作组已经设定了数据速率、调制类型、 输出功率，以及频率规划，因此，设计人员无需考虑基本的国家标准。例如，蓝牙设计 人员可以确信标准参考设计满足最大允许辐射功率、最大调制带宽、辐射遮蔽，以及最 小数量的跳频信道，这些都可符合覆盖 2.4GHz ISM 频段的 EN 300 440 和 FCC Part 15 标准。 然而，在 sub-GHz 频率，问题有些不同。频段的不完整性导致 sub-GHz 的标准较少，因 而大多数工作在 sub-GHz 应用的系统设计人员倾向于使用专有无线协议，自行选择不同 的系统参数。这么处理的风险是，给定的一组参数可能不符合国家标准，因此，ADI 公 司推出了 ADI SRD Design Studio™工具，使用户可以在实验前对不同的设计进行仿真； 它可以指导用户完成设计过程，同时符合基本的标准。图 2 所示的是这款工具所执行的 主要任务。 图 2、ADI SRD Design Studio 的主要任务 在开发过程中需要考虑子系统的工作及参数，包括PLL 优化、RF 滤波和匹配、数据速率 和调制类型、解制过程、包数据格式化，以及平均功耗。系统设计人员通常依靠基于电 子表格的工具和重复的实验来优化这些参数。按照惯例，时域分析可以使用基于 SPICE 的仿真器来进行，但要在频域内进行精确的相位噪声仿真，就只能使用专业软件。否则， 设计人员可能需要多次前往当地的认证实验室以优化系统，但这样将会带来高昂的开 销。 为了帮助设计人员应对这些挑战，ADI 公司推出了ADI SRD Design Studio 免费软件包， 可以对采用 ADF7xxx 系列收发器和发射机的系统中的不同参数进行实时仿真和优化。这 款开发工具基于流行的 ADIsimPLL™软件，并经过了增强，使用户能够利用虚拟频谱分析