隨著3年新AISG v0.2019標準的引入，天線線通信實現了許多新的用例。雖然這些變化對操作的物理層幾乎沒有影響，但一個系統性的變化是顯而易見的：蜂窩塔上的每個RF連接現在都需要AISG通信來為PING功能提供服務。本應用筆記總結了硬件層面的一些變化，并展示了新型MAX11947（具有4：1多路復用器的AISG調制解調器）的特性如何幫助系統設計人員以更少的元件和更低的開發開銷實現新的標準要求。

介紹

蜂窩網絡和手機在世界各地的激增，特別是在過去十年中，導致對支持移動通信基礎設施的電子產品的需求呈指數級增長。同時對更多帶寬的需求也推動網絡提供商不斷擴大其覆蓋范圍，同時增加小區密度，這反過來又增加了對基礎設施硬件的需求。

15年前，制造商開始標準化蜂窩無線電設備的互操作性，允許在組裝帶有天線齒輪、放大器等的蜂窩基站時進行更多變化。該通信標準最初由天線接口標準組織（AISG）于2003年和2004年建立[1].AISG標準隨著市場的擴大而不斷發展，本應用筆記介紹了MAX11947調制解調器的幾個特性，用于滿足當今和未來的可互操作通信需求。

AISG v2.0 和物理層調制解調器

集成調制器解調器（調制解調器）于2009年推出，為無處不在的RS-485接口和2.176MHz OOK信號之間的轉換提供了一個完整的集中解決方案，該信號搭載在單個電路中的蜂窩頻段RF電纜上。IC解決方案可實現更緊湊的系統設計，節省空間、功耗和硬件，同時集成調制解調器提供了簡單、經過驗證、經過工廠測試的設備的可靠性。

新的AISG v3.0標準

AISG于2019年提出了對成功標準的升級。這一演進步驟建立在前幾代產品成功的基礎上，旨在添加新功能，同時保持原器件及其托管天線線設備（ALD）的核心互操作性。

新的 AISG v3.0 功能集包括設備發現、連接映射和多主控制。雖然系統設計人員會發現新標準對許多更高級別的功能進行了有益的升級，但從v2.0到v3.0，PHY層保持不變。[2][3].因此，原始調制解調器仍然與新的AISG v3.0標準完全兼容。

需要多個 AISG 頻道

從 AISG v2.0 到 v3.0 的跳躍對系統的物理層影響很小。但是，新標準中要求每個通道都具有AISG感知能力，以便整個系統可以使用ping數據包映射連接。這有助于構建整個無線電系統，但給硬件設計人員帶來了額外的負擔，需要將AISG通信包含在所有RF信道上，而以前只需要在一個信道上。

嘗試將 AISG v2.0 系統設計直接轉換為 v3.0 兼容應用程序可能需要兩倍于上一代設計的調制解調器;從15個調制解調器（灰色塊）增加到圖1所示示例中的<>個調制解調器（灰色加紅色塊）。

AISG v2.0 與 v3.0 的應用示例

在本例中，每對天線仍需要兩個調制解調器以保持兼容性。但是，現在塔式放大器（TMA）上最多需要七個或八個調制解調器，其中四個偵聽連接到天線陣列（上游）的端口，四個偵聽下游端口，用于向基站廣播ping。基站還需要額外的調制解調器，一個用于原始AISG信道，另外三個用于接收來自其他端口上的TMA的ping數據包。

顯然，15或16個調制解調器IC是多余的，因為通過使用旁路電路和/或RF開關在RF端口之間共享AISG信號可以減少總數。

可調發射機功率

即使使用較舊的AISG設計，也固有地需要調整發射器功率放大器（PA）的輸出電平。每當將分路器用于電路（例如圖 2 的 v0.1 TMA 示例中所示的旁路通道）時，通常需要這樣做。如果RF濾波或有損連接在2.176MHz信道上存在過大的衰減，則信號功率調整也會有所幫助。原始調制解調器通過用于設置 PA 偏置點的外部電阻提供這種可調性，使調制解調器能夠滿足 AISG 信號要求（參見圖 2-A 和 2-B）。

發射功率和接收閾值

光譜發射

AISG標準對PHY層的主要要求是任何調制解調器發射器的頻譜純度。光譜性能在 AISG v3.0.0.3 標準第 10.3.11 節 - 模塊化特性中得到解決。這些嚴格的要求限制了PA的帶外頻譜發射，并且往往非常嚴格，特別是在30MHz拐點處，任何諧波噪聲的功率都必須低于-67dBm，并且測試儀器的分辨率帶寬（RBW）設置是最嚴格的。考慮到頻譜模板中的絕對限值，PA輸出頻譜還必須與整體功率電平相平衡。

圖3.AISG v3.0 標準調制解調器頻譜發射掩碼。

省電

節能始終是系統設計人員要求中的重中之重。通常存在功率預算限制，這會對更關鍵的設計元素施加壓力，特別是當 ALD 硬件擴展到更多通道的同時，它們變得越來越緊湊。在不太關鍵的電路中具有一定的靈活性，可以讓設計人員在功率預算中的重要模塊上擁有更大的自由度。

市場上的一款原始AISG v2.0調制解調器具有低功耗待機模式，而另一款調制解調器除了完全關閉設備外無法控制電源。

共享引用

每個AISG調制解調器都需要一個參考信號來產生2.176MHz載波。這通常由一個8.704MHz晶體和一個集成振蕩器電路提供。市場上的所有IC都可以在AISG系統中采用初級/次級（或主/從）電路進行架構設計，從而節省晶體，從而降低BOM成本。

每個芯片都可以通過其SYNCOUT引腳緩沖信號，從而充當下游調制解調器的主晶體振蕩器（XO）。該 SYNCOUT 信號為漏極開路輸出，需要一個簡單的外部上拉電阻連接到模擬電源，以便其正常工作。然后將該信號傳播到系統中的其他輔助調制解調器。

MAX11947 AISG調制解調器的升級特性

Maxim Integrated推出首款AISG v2.0調制解調器，采用原版MAX9947。該器件仍然為RS-485和定義的2.176MHz OOK信號之間的接口提供了完整的解決方案，因此與新的AISG v3.0標準完全兼容。

那么為什么要采用新設計呢？

盡管Maxim的原始調制解調器可以滿足新標準的需求，但v3.0中擴展的功能集也為改進調制解調器提供了機會。因此，Maxim設計了新型MAX11947，提高了性能并增加了一些功能。作為第一步，在調制解調器中添加了一個數字接口以及幾個內部配置寄存器。這種新的SPI控制允許集成以前使用外部部件（如PA功率偏置網絡）管理的功能。現在，它被整合為數字可調發射功率，并包括與可調PA功率相匹配的另一個功能，即可調接收靈敏度閾值。我們 包括 PA 輸出 電阻 來 從 設計 的 物料清單 （BOM） 中 再 移除 一個 外部 元件， 最重要的是， 該 器件 增加 最大 的 特性 是 集成 4：1 端口 多路復用器。新的MUX在一個芯片中有效地提供了四個調制解調器，并促進了自動掃描功能，使開發人員能夠與多達四個RF端口進行交互，以滿足AISG v3.0的新ping要求。

集成 4：1 多路復用

v3.0要求在所有連接的RF信道上啟動和檢測ping數據包，這將允許最終用戶映射電纜連接，識別多個初級和次級，并在初始組裝期間查找接口中的故障等。如前所述，在示例中增加16個調制解調器IC是多余的，使用RF開關在端口之間共享AISG調制解調器可以更容易地滿足。這成為新的、集成度更高的設備的主要動機。

這就是新型MAX11947的用武之地。集成的 4：1 多路復用器提供內置開關功能，大大減少了指定和測試額外電路的需求，同時降低了而不是增加了 BOM 要求。在前面的例子中，AISG v2.0系統中的16個調制解調器和支持v3.0的系統可能需要的11947個調制解調器，由于其多路復用功能（圖1中的紫色塊），MAX<>調制解調器總共減少到只有<>個。

自動端口掃描

將4：1多路復用器與我們的高性能AISG調制解調器集成，使得Maxim還包含一個專用的有限狀態機，以一致驅動所有組件。新型MAX11947提供無代碼、非微控制器的掃描端口和識別ping載波信號，用戶干預極少。自動端口掃描功能將有助于映射硬件互連并查找射頻布線系統的故障 - 使用比其他方式更少的IC組件完成該過程。

有關端口掃描功能的更多詳細信息，請參考MAX11947數據資料的“端口掃描”部分，具體細節參見應用筆記7428：MAX11947的端口掃描操作。

內部可調的發射功率

MAX11947對發送器輸出功率的可調性與原來的MAX9947調制解調器相同，但現在通過SPI接口進行調整，而不需要在系統設計中包含固定的電阻值。通過改變寄存器中的可編程值，輸出可以在約-0.5dBm至約+7.0dBm范圍內以0.5dB步長調節（最高功率取決于電源電壓）。這種對TX電源的數字控制為系統設計人員提供了即時功率調節能力，從理論上講，一旦安裝在現場，就可以獲得更好的性能。這種可調功率還允許設計人員適應旁路通道的信號分配器，同時仍滿足AISG發射器的功率要求（見圖2B）。

有關可調TX功率的更多詳細信息，請參見MAX11947數據資料的“輸出功率控制”部分。

增加了 RX 閾值的可調性

與發射器可調輸出功率一樣，接收器閾值可能會受到功率分配器、線控濾波或RF通道上其他衰減因素的影響。遺憾的是，在原來的MAX9947調制解調器中沒有可調的開/關門限。

MAX11947的另一個特點是能夠像TX功率一樣獨立調整RX比較電平。這也是通過對內部寄存器進行編程來實現的，允許載波檢測閾值范圍從-15dBm到-21.5dBm。調制解調器還允許即時調整RX，再次允許系統設計人員將這種靈活性傳遞給最終用戶。

有關可調RX靈敏度門限的更多詳細信息，請參見MAX11947數據資料的“輸入范圍和靈敏度門限控制”和“串聯衰減”部分。

新的省電模式

最初的MAX9947僅提供一種工作模式，要么上電并準備接收和發送，要么關斷，沒有任何功能。MAX11947具有多種電源模式：工作、待機和關斷。這為系統設計人員提供了許多節省功耗的選擇。

顧名思義，全工作模式的工作原理是器件中的所有內容都在運行，包括發射器和接收器路徑、晶體振蕩器和 SYNCOUT 系統（由一個晶體振蕩器使用的初級/次級），以及數字寄存器和串行接口。

相反，待機模式禁用發射器電路。由于調制解調器將花費大部分時間偵聽RF端口上的傳入消息，因此使用待機模式可以節省大量功耗，通常電流消耗比全工作模式低11mA。這使系統能夠以較低的功率設置持續偵聽OOK信號，一旦即將發出消息，就可以使能發送器電路。

通過使用省電模式禁用發射器和接收器電路，可實現更多的節能。此模式可以最大限度地節省功耗（通常比工作模式低 20mA），同時仍允許調制解調器充當下游其他振蕩器的主要振蕩器。如果SYNCOUT緩沖器也關斷，與工作模式相比，系統設計人員可以節省23mA以上的電流。

有關各種省電模式的更多詳細信息，請參考MAX11947數據資料的“待機和關斷工作模式”部分。

改進的頻譜性能

MAX9947滿足這些模板要求，同時在1MHz拐點處提供2~30dB的窄裕量。同樣，具有競爭力的AISG調制解調器提供約4dB的裕量。

圖4.比較光譜性能。

MAX11947超越了上一代調制解調器的一致性，在15MHz點為系統設計人員提供了約30dB的頻譜模板裕量。

緩沖同步和繼續操作

MAX9947和MAX11947均可用于初級/次級配置，節省晶體，從而降低BOM成本。最初的MAX9947由于沒有低功耗模式而受到阻礙，該模式既能使XO電路工作又能節省功耗。

MAX11947解決了這一缺陷。新調制解調器提供待機和關斷選項，包括在啟用這些低功耗模式時使用振蕩器電路的能力。

新型MAX11947的另一個特性是可調的SYNCOUT驅動能力。通過修改寄存器值，用戶可以禁用輸出（節省更多功率），將其設置為默認驅動電平（與原始MAX9947匹配），或者升壓至正常驅動電流的2倍甚至4倍。為了保持漏極開路信號的相同輸出電壓電平，必須按比例調整上拉電阻。例如，在正常的1x設置下，推薦的上拉電阻是1k？而在 4x 電流模式下，上拉電阻應減小 4 倍，因此 250？電阻器。這個總上拉值可以實現為四個并聯1k嗎？電阻分布在“星形菊花鏈”拓撲中，如圖5所示。如果主調制解調器和輔助調制解調器之間的走線距離較長，這可能會有所幫助。

圖5.分布式同步星形菊花鏈。

有關振蕩器電路關斷的詳細信息，請參見“關斷模式”部分，緩沖SYNCOUT操作請參考MAX11947數據資料的“時鐘主/從配置”部分。

備用調制解調器接口

控制最初的MAX9947的過程很簡單：通過TXIN、DIR和RXOUT引腳將RS-485驅動器或微控制器（MCU）連接到經典的RS-485接口信號。新的MAX11947可以復制相同的過程，盡管現在這些相同的信號也鏡像在SPI寄存器中。這意味著不需要額外的GPIO、UART或其他端口引腳即可與SPI和經典調制解調器信號接口。

通過從鏡像的DIR和RXOUT位讀取并寫入TX_ON位，可以通過寄存器執行接口和控制。系統設計人員現在可以選擇使用調制解調器作為RF端口和MCU之間的橋梁，而資源最少。

有關在不連接傳統RS-485調制解調器引腳的情況下使用調制解調器的更多詳細信息，請參考MAX11947數據資料的“備用調制解調器接口”部分。

結論

MAX11947專為滿足新型AISG v3.0系統設計人員的需求而設計。它提供了擴展調制解調器卷筒的額外優勢，并提供新的內置靈活性，而不僅僅是節省設計時間和BOM成本。

審核編輯：郭婷