基于BG822CX芯片的MPWC模块的应用研究

随着2G/3G通信技术的发展，用户数量的不断增加，出现了服务面大、地区广、用户分散等特点。如城郊、县城、乡镇、农村及高速公路等，这些地区如果都用基站覆盖，必然会导致投资大、信道利用率低等问题。另外，在移动通信信号的传输途径中，由于某些自然及人为因素（如高山、大型建筑物、隧道和地下设施等）的影响，给通信带来很大困难。

直放站，作为目前使用的一种射频信号的中继放大器（中继器），使用直放站作为实现“小容量、大覆盖”目标的必要手段之一，是解决通信网络延伸覆盖能力的一种优选方案。主要是由于使用直放站之一，是在不增加基站数量的前提下保证网络覆盖，二是其造价远远低于有同样效果的微蜂窝系统（一个CDMA直放站的投资约为一个CDMA 基站的1/10）。可以有效解决信号延伸和覆盖问题，改善通信质量；能对接收到的微弱的移动通信基站信号进行线性放大，再经过重发天线转发至服务区域，同时也将服务区域移动台的信号进行接收、放大、重发给基站，从而实现了信号的中继、重发等功能，并可利用重发天线的定向性，满足特定区域信号的覆盖。

本文用广嘉BG822CX芯片开发的MPWC模块实现了无线、光纤和TD-SCDMA直放站变频单元的功能。广嘉BG822CX是一款特别针对GSM900、GSM1800、GSM1900、IS-95、TD-SCDMA、SCDMA，PHS和 WCDMA应用在高中频收发信机中而开发的射频芯片。其中，接收机集成了包括低噪声放大器，混频器，VGA 和LPF在内的所有模块。发射机集成了包括 LPF，VGA，多相滤波器，调制器和输出驱动器在内的所有模块。此外，也实现了压控振荡器和Integer-N PLL 在芯片上的全集成。

一．广嘉MPWC模块（BG822CX芯片）原理框图及功能描述

1．原理框图：图1

2． 功能描述

2．1 接收机

接收机由低噪放LNA1， LNA2及射频混频器，AGC 和低通滤波器（RX LPF）组成。射频信号由天线进入，经过射频滤波器连接到LNA1的输入端，然后到达射频混频器（其功能是将射频信号转变为高中频信号。为了维持电缆的中频输出电平恒定，内部中频AGC可以提供足够的增益控制。

a） 低噪放 LNA1

片上集成了两个高性能，多频带的低噪放LNA1，第一个LNA1 用于覆盖IS-95 和 GSM900 的接收机。第二个LNA1用于覆盖GSM1800， GSM1900， SCDMA， PHS， WCDMA 和 TD-SCDMA接收机。LNA1 是接收机中的第一级，其功能是产生足够增益以克服随后阶段产生的噪声。通过控制3线串行总线程序可以将LNA1 设置成三种模式：旁路模式，低增益模式和高增益模式。LNA1采用单端50 Ω输入输出。外部匹配电路需要与外部的射频滤波器连接。多频带LNA1用于覆盖宽带频率，频率范围从824MHz 到 2200MHz，但不同时工作。

IS-95：824MHz“869MHz；
GSM900：890MHz”915MHz；
GSM1800：1710MHz“1785MHz;
GSM1900：1850”1910MHz;
SCDMA：1785.25MHz“1804.75MHz;
PHS：1891.15MHz”1917.95MHz;
WCDMA：1920MHz“1980MHz;
TD-SCDMA：2010-2025MHz.

b） 低噪放 LNA2+MIXER 混频器

片上集成两个低噪放LNA2+混频器。第一个LNA2用于IS-95 和GSM900接收机。第二个LNA2用于GSM1800、 GSM1900、 SCDMA、 PHS、 WCDMA 和 TD-SCDMA接收机。通过控制3线串行总线程序，两个LNA2+混频器都可以被设置为低增益和高增益两种模式。外部输入匹配电路需要与外部射频滤波器或不平衡变压器连接。混频器是接收机系统中典型前端电路中一个重要的功能块。下变频器（也被称为下变频混频器）将射频信号转换成中频带信号。反之，上变频器（也被称为上变频混频器）的作用就是将中频信号转换成射频信号。

c） 可变增益放大器 VGA， 低通滤波器 LPF

接收机通道滤波器是一个4阶低通滤波器以提供必要的衰减滤波。通过控制3线串行总线，滤波器可以配置成不同中频频率。在VGA工作频率范围内，每dB增益变化小于1 dB。接收VGA和发射端VGA，在40 MHz 到 120 MHz频率范围内均为dB线性设计。

2．2发射机

发射机实现把模拟中频信号从发射通道进入，调制到射频信号，通过功率放大器，滤波器和天线开关发送出去。发射机由中频LPF，射频混频器和可变增益放大器构成，并与外部带通滤波器和功率放大器连接。

a） 发射机低通滤波器 （TX LPF）， 可变增益放大器VGA

低通滤波器用于滤除由外部电缆输入的中频信号带来的高次谐波。通过3位数字控制字，滤波器的截止频率可以滤波器可以配置成不同中频频率。为了补偿电缆损耗，同时需要有中频可变增益放大器VGA。发射机VGA提供在线性1dB步进的情况下，增益范围是16dB。

b） 射频混频器RF Mixer （上变频）

在发送通道，使用一个多相滤波器用以抑制射频混频器中得到边带信号。上变频混频器用来产生所需要的射频信号，并且设计成宽带结构，频率范围在824到2200 MHz之间。混频器和中频多相滤波器都有很高的边带抑制度。

c） 可变增益放大器和功率放大器PA驱动器 （VGA+Driver）

片上集成两个功率驱动器。第一个PA驱动器用于IS-95 和GSM900发射机。第二个PA驱动器用于GSM1800， GSM1900， SCDMA， TD-SCDMA， WCDMA 和PHS发射机。并且前端射频可变增益放大器RF VGA提供9dB的可变增益控制范围。为改善1dB压缩点，PA驱动器采用单端，集电极开路输出形式，用于外部匹配网络需要，且易于和与通用的射频过滤器连接。

2．3 频率合成器

频率合成器为收发机提供所需要的本振信号。芯片采用全集成方式，集成了包括压控振荡器VCO，整数N分离器，PFD检测，电荷泵和其他控制电路在内的所有合成器单元。只有环路滤波器为外置，便于调整。通道选择采用3线SPI总线控制。而且采用了快速锁定电路用于加快频率合成器的锁定时间。

2．4 3线SPI

3线SPI采用通用的标准设计实现与其他控制器通讯。

2．5 电特性参数见产品手册

3 应用电路图：图2所示

图2：应用电路

二．MPWC模块在GSM/CDMA无线、光纤及TD-SCDMA直放站的应用

1．无线直放站的应用

直放站属于同频放大设备，是指在无线通信传输过程中起到信号增强的一种无线电发射中转设备。无线直放站的基本功能就是一个射频信号功率增强器。直放站在下行链路中，由施主天线现有的覆盖区域中拾取信号，通过带通滤波器对带通外的信号进行极好的隔离，将滤波的信号经功放放大后再次发射到待覆盖区域。在上行链接路径中，覆盖区域内的移动台手机的信号以同样的工作方式由上行放大链路处理后发射到相应基站，从而达到基地站与手机的信号传递。GSM移动通信直放站传统原理框图如图1。模块化应用框图如图4、图5。

图3：GSM移动通信直放站传统原理框图


图4：MPWC模块在无线直放站的应用


图5：MPWC模块在TD-SCDMA直放站应用框图

2．光纤直放站的应用

光纤直放站与无线直

站通过接收空间传播的无线信号进行放大，从而扩大基站的覆盖范围。光纤直放站是通过光纤进行传输，采用光信号接收器和转换器连接偏远的区域。 光纤直放站的原理图如图6所示，主要有光近端机、光纤、光远端机（覆盖单元）几组成。光近端机和光远端机都包括射频单元（RF单元）和光单元。 光纤型直放站的关键电路单元是光收、发单元。光发射单元主要由光调制器、光功率控制电路、光发射使能允许和无光告警电路组成。光接收单元主要由光解调器、射频放大电路及滤波、增益控制和接收光强度检测及告警四部分组成。无线信号从基站中耦合出来后，进入光近端机，通过电光转换，电信号转变为光信号，从光近端机输入至光纤，经过光纤传输到光远端机，光远端机把光信号转为电信号，进入RF单元进行放大，信号经过放大后送入发射天线，覆盖目标区域。上行链路的工作原理一样，手机发射的信号通过接收天线至光远端机，再到近端机，回到基站。通过精心设计的功率和增益控制电路及光发射告警电路，使设备具有很高的稳定性和可靠性。在射频部分，完全采用模块化设计，具有稳定性好，升级维护方便等优点。以下将针对此特点用框图介绍MPWC（变频单元）在光纤直放站的应用。

图7：MPWC模块在光纤直放站的应用原理框图