Phần I: Cơ sở lý thuyết I. Mô tả chung: MAX2829 là IC thu phát RF được thiết kế cho các ứng dụng OFDM (Orthogonal frequency-division multiplexing-ghép kênh phân chia theo tần số trực giao) WLAN 802.11a. MAX2829 được thiết kế cho những ứng dụng băng đôi 802.11a/g bao trùm world-band từ 2.4GHz tới 2.5GHz và 4.9GHz tới 5.875GHz. Để đủ tất cả mạch yêu cầu thực hiện chức năng thu phát RF cần thêm đường thu, đường phát, VCO, bộ tổng hợp tần số, giao diện dải tần cơ sở/điều khiển cần thêm PA, RF, các bộ lọc dải thông RF, bộ làm cần bằng RF, và một số lượng những thành phần thụ động nhỏ cần cho thu phát đầu cuối RF. Mỗi IC loại bỏ hoàn toàn nhu cầu cho các bộ lọc nhiễu sóng radio SAW ngoài bằng việc thực hiện các bộ lọc nguyên khối trên chip cho cả bộ thu và phát. Việc lọc dải tần cơ sở và các đường tín hiệu Rx/Tx được tối ưu hóa để phù hợp chuẩn 802.11a/g IEEE và bao trùm đầy đủ những tốc độ dữ liệu đòi hỏi. (6, 9, 12, 18, 24, 36, 48 và 54Mbps cho OFDM; 1, 2, 5.5 và 11Mpbs cho CK/DSSS), tại thiết bị thu độ nhạy nâng lên tới 10dB tốt hơn chuẩn 802.11a/g. Các bộ thu phát sẵn có MAX2829 trong 56 chân, sử dụng chip dán QFN.

Ứng dụng:

Single-/Dual-Band 802.11a/b/g song radio 4.9GHz song radio công cộng an toàn 2.4GHz/5GHz MIMO và những hệ thống ăng-ten thông minh

• World-Band hoạt động MAX2829: 2.4GHz to 2.5GHz and 4.9GHz to 5.875GHz (802.11a/b/g)

• Thiết bị thu phát tốt nhất trong lớp -75dBm Rx độ nhạy tại 54Mbps (802.11g) -46dB (802.11g)/-51dB (802.11a) Tx chặn dải biên 1.5% (802.11g) và 2% (802.11a) Tx EVM -100dBc/Hz (802.11g)/-95dBc/Hz (802.11a) pha ồn LO . -Các bộ lọc thông thấp dải tần cơ sở khả trình. PLL tích hợp với giao diện nối tiếp 3 dây. -Dải điều khiển thu của bộ thu 93 dB (802.11g)/ 97 dB (802.11a). -Sự sụt 200ns Rx I/Q DC -60dB dải rộng Rx RSSI -30dB Tx dãy điều khiển công suất -Tx/Rx I/Q lỗi tách sóng -I/Q giao diện dải gốc tương tự Tx và Rx chọn kiểu Số ( Tx, Rx, dự phòng, và công suất giảm dần)

Hỗ trợ cả điều chỉnh khuếch đại nối tiếp và song song. • MIMO và sự tương thích Anten thông minh nhất quán pha LO giữa nhiều thiết bị thu phát. • Cấp kênh dải tần 40MHz(chế độ Turbo) • Cấp +2.7V tới +3.6V đơn • 1µA công suất thấp chế độ ngắt • GóiTQFN 56- Chốt nhỏ( 8 mm X 8 mm)

II.Mô tả chi tiết:

MAX2829 đơn chip, các IC bộ thu RF được thiết kế cho các ứng dụng WLAN. MAX2829 được thiết kế cho 2 dải 2.4GHz 802.11b/g và 5GHz 802.11a. Các IC bao gồm tất cả mạch yêu cầu để thực hiện chức năng bộ thu RF, tích hợp đầy đủ đường thu, phát, VCO, bộ tổng hợp tần số, và giao diện điều khiển / băng cơ sở.

A.Các chế độ hoạt động: Những phương pháp làm việc MAX2829 có bảy phương pháp làm việc sơ cấp: sự đóng cửa, sự khởi động lại SPI, dự phòng, truyền, nhận được, sự định kích cỡ máy phát, và sự định kích cỡ thiết bị thu (shutdown, SPI reset, standby, transmit, receive, transmitter calibration, and receiver calibration) 1. Chế độ Shutdown Shutdown Mode được đạt được bằng việc điều khiển SHDN thấp. Trong Shutdown Mode, tất cả các khối mạch đều là nguồn tắt dần, trừ bộ giao diện nối tiếp. Trong khi thiết bị trong Shutdown Mode, những giá trị các thanh ghi bộ giao điện nối tiếp được bảo trì và có thể được thay đổi dài như VCC (chân 25) được áp dụng.

2. Chế độ SPI reset SPI Reset bằng việc điều khiển RXENA và TXENA cao trong khi thiết đặt SHDN thấp, tất cả các khối mạch đều là nguồn tắt dần, như trong mode shutdown. Tuy nhiên, trong kiểu khởi động lại SPI, tất cả các thanh ghi đều được trả lại tới những trạng thái mặc định của chúng. Khuyến cáo đặt lại SPI và mọi thanh ghi tại bắt đầu mở nguồn để bảo đảm những thanh ghi đó được đặt tới những giá trị đúng.

3. Chế độ standby Để đặt thiết bị trong chế độ dự phòng, thiết lập SHDN cao và RXENA và TXENA thấp. Chế độ này chủ yếu được dùng để cho phép khối bộ tổng hợp tần số trong khi phần còn lại của thiết bị là nguồn tắt dần. Trong chế độ này, những khối khác nhau trong hệ thống có thể chọn lọc được bật hay tắt theo bảng thanh ghi dự phòng.

4. Chế độ Rx Để đặt thiết bị trong Kiểu Rx, đặt RXENA cao. Tất cả các khối thiết bị thu đều được cho phép trong chế độ này.

5. Chế độ Tx Để đặt thiết bị trong Kiểu Tx, đặt TXENA cao. Tất cả các khối máy phát đều được cho phép trong chế độ này.

6. &7 Chế độ chỉnh Tx/Rx Các chế độ chỉnh Tx/Rx đặc trưng MAX2829 để dò ra sự bất cân bằng và rò LO phát. Trong chế độ chỉnh Tx, việc chỉnh rò LO được làm chỉ cho tín hiệu dò LO nó được xuất hiện tại tần số trung tâm của kênh (ví dụ trong phạm vi giữa của OFDM hoặc QPSK). Việc chỉnh dò LO bao gồm ảnh hưởng của tất cả thế hiệu dịch DC trong toàn bộ các đường dải tần cơ sở của bộ điều chế I/Q, và cũng bao gồm rò trực tiếp của LO tới đầu ra bộ điều chế I/Q. Bộ phát rò LO và đầu ra bộ dò dải biên được lấy tại bộ thu đầu ra kênh I hoặc Q trong suốt thời gian pha so mẫu. Trong thời gian Tx rò LO và không cân bằng mâu I/Q, một tín hiệu sin và tín hiệu cosin ( F= fTONE) được nhập vào băng cơ sở I/ Q Tx chốt từ dải gốc IC. Tại rò LO và đầu ra bộ dò dải biên, rò LO tương ứng tới tín hiệu ở fTONE và sự chặn dải biên tương ứng tới tín hiệu Tại 2 x fTONE. Công suất ra những tín hiệu này thay đổi 2 dB cho 1 dB của sự biến đổi trong rò LO và những mức dải biên không cần đến. Để định cỡ đường Tx, đầu tiên đặt máy dò nguồn lên tới 8 dB. Điều chỉnh những bù lại DC của dải gốc được nhập vào để tối giản tín hiệu ở fTONE (rò LO). Sau đó, điều chỉnh dải gốc được nhập vào tương đối việc lớn lên và pha bù lại để giảm bớt tín hiệu tại 2 x fTONE. Nếu được yêu cầu, sự định kích cỡ có thể được làm với bậc cao rò LO bộ dò tìm dải biên kiếm được những sự thiết đặt để giảm bớt rò LO và sự đàn áp ảnh tăng. Sau khi định cỡ máy phát, sự định kích cỡ thiết bị thu có thể được làm. Trong kiểu định kích cỡ Rx, tín hiệu Tx RF lấy được chuẩn nội tại được ấn định tuyến đường tới bộ chuyển xuống Rx được nhập vào. Trong kiểu định kích cỡ vòng trở lại này, bộ điều hòa điện thế phải có khả năng đối với nguồn 350 mA tổng số từ cả Tx lẫn Rx được bật đồng thời.

B.Lập trình bộ tổng hợp RF trong 5 GHz Trong chế độ 5GHz, bộ tổng hợp tần số RF bao trùm một phạm vi 4.9GHz tới 5.9GHz. Để đạt được phạm vi ảnh hưởng lớn này trong lúc việc thực hiện xác nhận tiếng ồn chính xác, 1GHz băng tần được chia ra những băng bên trong VCO nào được điều chỉnh. Sự chọn lọc khoảng chừng VCO mức dưới băng được làm tự động bởi một máy trạng thái hữu hạn (FSM). Thời gian chỉnh lý PLL xấp xỉ là 300 µs để thay đổi của 1 GHz trong tần số kênh Một PLL nhanh hơn ổn định có thể được đạt được bằng việc chặn FSM và bằng tay lập trình dải con VCO.

1.Chọn lọc dải con VCO tự động Bằng việc cho phép chế độ chọn lọc băng này, chỉ có một bit cần được chương trình hóa để bắt đầu sự thu nhận tần số. FSM sẽ tự động dừng lại sau khi nó lựa chọn dải con chính xác VCO, và sau khi PLL đã hãm lại.

Những bước sau đây cần được thực hiện: -Đặt D8 = 0 (A3:A0 = 0101) để cho phép băng tần con VCO chọn bởi FSM. -Cho phép PLL và VCO nếu yêu cầu. Nếu yêu cầu, việc lập trình số chia những tỷ lệ tương ứng tới tần số kênh mong muốn. -Đặt D7= 1 ( A3:A0 = 0101) để FSM bắt đầu. FSM cần phải chỉ được bắt đầu sau khi PLL và VCO được cho phép, hay sau kênh tần số được thay đổi Sự chọn lọc dải con VCO và thời gian lắng cần lấy kém hơn xấp xỉ 300µs . Sau khi băng đảo mạch được bổ sung và PLL có hãm lại tới tần số kênh đúng, FSM dừng lại tự động Mọi thời gian tần số kênh được chương trình hóa hay PLL+ VCO được cho phép, FSM cần là khởi động lại sẽ được sử dụng lần nữa trong lần sau. Thao tác khởi động lại này không ảnh hưởng đến PLL hay VCO. Để lập lại FSM, đặt D7= 0 ( A3:A0 = 0101). Mọi bản đồ tần số kênh tới dải con VCO nào đó. Mỗi dải con VCO có một mã số, của 2 LSBs nào. (B1: B0) đọc được. The mã B1:B0 có thể là đọc xuyên chốt LD bởi lập trình D3:D0 = 0111 ( A3:A1 = 0000) cho the B1, hay D3:D0 = 0110 ( A3:A1 = 0000) cho B0.C 2.Chọn lọc dải con bằng tay Để cho sự ổn định nhanh chóng hơn , dải con VCO ( B1: B0) có thể trực tiếp được chương trình hóa thông qua SPI . Đầu tiên, B1:B2 mã cho mọi tần số kênh phải được xác định. Một lần là được biết, B1: B0 mã trực tiếp là chương trình hóa cùng với những giá trị số chia PLL, vì đã đưa lại kênh tần số. Thời gian ổn định PLL trong trường hợp này xấp xỉ là 50 µs. Nhiệt độ thay đổi lớn (>+ 50°C ) có thể làm thay đổi tần số để di chuyển vào dải con kề bên. Xác định dải con đúng, hai on-chip com-parator theo dõi điện áp điều khiển VCO(VTUNE). Những thước so sánh đầu ra logic này có thể là đọc xuyên. Pin LD quyết định liệu có phải tần số dải con là đúng hay cần phải chương trình hóa lại. Những bước sau đây cần đi theo để hoàn thành sự thu nhận tần số PLL và sự chọn lọc dải con VCO bằng tay: 1) Đặt D8 = 1 (A3:A0 = 0101) để cho phép sự chọn lọc dải con VCO bằng tay 2) Cho phép PLL và VCO nếu yêu cầu. Nếu việc yêu cầu, lập trình số chia những tỷ lệ tương ứng tới mong muốn đưa kênh tần số 3) Đặt D10:D9 (A3:A0 = 0101) để lập trình dải con tần số VCO đang chấp thuận cho Bảng 7. D10:D9 Tương ứng tới những sự ấn định giống như vậy như B1:B0. Sau khi D10:D9 được chương trình, 50µs được cho phép để cho PLL ổn định. 4) Sau 50µs thời gian để PLL ổn định, những thước so sánh đầu ra có thể đọc xuyên suốt qua pin LD 5) Dựa vào thước so sánh những đầu ra, VCO tần số dải con được chương trình hóa lần nữa theo Bảng 8 cho đến sự thu nhận tần số được đạt được 3.Thay đổi lớn nhiệt độ Nếu PLL và VCO liên tục tích cực ( Thí dụ, không có lập trình lại nào) và nhiệt độ chết thay đổi bởi 50° C (như chỉ báo bởi bộ cảm nhận nhiệt độ trong chíp), ở đó là một khả năng mà PLL có thể được mở khóa thẳng. 4.Những thanh ghi có thể lập trình MAX2829 bao gồm 13 cái có thể lập trình, thanh ghi 18 bit: 0, 1, stanby, tỷ lệ số chia số nguyên, đoạn tỷ lệ số chia, băng lựa chọn và PLL, sự định kích cỡ, lọc thông thấp, điều khiển Rx/ RSSI, tính tuyến tính Tx/ lợi ích dải gốc, PA thiên lệch DAC, lợi ích Rx, và lợi ích Tx VGA. 14 bit có nghĩa lớn nhất (MSBs) được sử dụng dữ liệu thanh ghi. Dữ liệu được chuyển ở MSB đầu tiên. Dữ liệu được gửi tới các thiết bị, trong 18 bit từ, được kết cấu bởi CS. Khi CS thấp, xung tích cực và dữ liệu được chuyển với việc đi lên các sườn xung clock. Khi CS chuyển tiếp cao, thanh ghi dịch được chốt vào trong thanh ghi lựa chọn bằng nội dung của địa chỉ bits. Chỉ 18 bít trước được chuyển vào trong thiết bị được giữ trong thanh ghi dịch. Không có sự kiểm tra được làm trên số các xung clock . Để lập trình những từ dữ liệu ít hơn 14 bít, chỉ yêu cầu các bit dữ liệu và các bit được yêu cầu bị dịch, dẫn tới tốc độ điều khiển RX và Tx nhanh hơn nơi chỉ có LSBs cần để chương trình. Giao diện có thể được chương trình hóa thông qua dây 3. Standby Register Definition(thanh ghi dự phòng) (A3:A0 = 0010) Nhiều khối bên trong đang có thể được bật hay ra khỏi sử dụng thanh ghi dự phòng ( trong chế độ dự phòng, nhìn thấy Bảng 10). Việc đặt một bit bật một khối trên, trong khi đặt 1 bit tới 0 bật khối dưới. Integer-Divider Ratio Register Definition(Định nghĩa thanh ghi tỉ lệ chia số nguyên) (A3:A0 = 0011) Thanh ghi này chứa đựng phần số nguyên số chia tỉ lệ của bộ tổng hợp. Thanh ghi này, phối hợp với thanh ghi tỷ lệ số chia phân số, cho phép sự chọn lọc một tần số chính xác. Bộ tổng hợp chính chia cắt tỷ lệ 8 bit cho giá trị phần số nguyên ( bảng 11). Những giá trị hợp lệ thanh ghi này là từ 128 đến 255 (D7-D0). Giá trị ngầm định là 210. D13 và D12 được dự trữ 2 LSBs tỷ lệ số chia phân số.

Fractional-Divider Ratio Register Definition(Định nghĩa thanh ghi tỉ lệ chia phân số) (A3:A0 = 0100) Thanh ghi này (cùng với D13 và D12 thanh ghi tỷ lệ số chia số nguyên) kiểm soát tỷ lệ số chia phân số Với 16 bit quyết định. D13 tới D0 thanh ghi kết hợp với D13 và D12 số nguyên- số chia tỷ lệ thanh ghi hình thành toàn bộ phân số- tỷ lệ số chia

C.Thông tin ứng dụng:

MAX2829 hỗ trợ nhiều ứng dụng nhiều đầu ra (MIMO) được nhập vào nơi nhiều bộ phận thu và phát được sử dụng trong đường song song. Một yêu cầu đặc biệt cho ứng dụng này là tất cả các máy thu phải giữ một hằng số vừa phải pha bộ dao động, và chúng tiếp tục vì thế sau bất kỳ mỗi lần thu - phát- thu đảo mạch kiểu. Yêu cầu giống như vậy những máy phát, chúng có nên bảo trì một pha tương đối không thay đổi, và tiếp tục để làm sau như vậy bất kỳ mỗi lần phát- thu-truyền đảo mạch kiểu. Đặc tính này được cho phép trong MAX2829 bởi lập trình A3:A0 = 0010, D13= 1 và A3:A0 = 0101, D13= 1. Những pha tương đối không thay đổi nhiều bộ phận thu và phát được duy trì, trong truyền, nhận, và chế độ standby của hoạt động, miễn là chúng là mọi thứ sử dụng một nguồn tần số tham chiếu ngoài chung (bộ dao động tinh thể).

Ứng dụng của ICs MAX 2829 rất rộng rãi trong thực tế, có thể sử dụng trong +Keypad, keyboarrd wireless +Micro phone +Mouse wireless +Game pad wireless +Camera wireless +Remote RF +Usb wireless + Access point +Bộ đàm liên lạc +Nokia 770 PDA ...

Phần II: Thiết kế mạch Mạch thực hiện đầy đủ chức năng thu phát RF của MAX2829 cần thêm đường thu, đường phát, VCO, bộ tổng hợp tần số, giao diện dải tần cơ sở/điều khiển cần thêm PA, RF, các bộ lọc dải thông RF, bộ làm cần bằng RF, và một số lượng những thành phần thụ động nhỏ cần cho thu phát đầu cuối RF. Đây là một mạch thiết kế phức tạp, đòi hỏi cần nhiều thời gian nghiên cứu và thiết kế. Để đáp ứng thời gian và phù hợp với môn học thiết kế 2, ở đây ta chỉ xem xét và thiết kế mạch phát sử dụng MAX2829 với tần số phát là 2.4GHz.