一文深度解析AD9361增益控制

Overview

功能与寄存器之间的关系说明

发射功率控制

TX功率由TX通路的模拟衰减值和数字衰减值控制。

模拟衰减

模拟衰减值由9bit二进制数决定，有效范围359个等级，每个等级衰减0.25dB, 模拟链路总共衰减范围是89.75dB。

TX1衰减值寄存器：0x074[D0]+0x073[D7:D0]

TX2 衰减值寄存器：0x076[D0]+0x075[D7:D0]

数字衰减

数字衰减值由寄存器0x079[D4:D0]控制，0x079[D6]=1表示TX1衰减值等于TX2，0x079[D6]=0表示TX1通道衰减生效。

接收增益控制

接收链路增益控制模块

AD9361接收增益的调整是由模拟增益和数字增益共同决定的，控制方式为：自动控制和手动控制，增益调整范围为90dB，数字增益最大为31dB，模拟增益最大为76dB，增益分配是由查找表决定的，查找表也有单表模式和多表模式。

低功率门限

低功率门限对两个接收通道同时有效。

门限范围：0至-63.5dBFS,控制精度0.5dBFS/LSB。

门限值寄存器地址0x114，0x114[D6:D0]=128档门限值。

低功率门限可应用于快速AGC（fast attack AGC）和手动AGC(MGC)两种模式

fast attack AGC：当检测到功率低于门限时，flag非立刻生效，只有在低功率持续一个时间段后生效。持续时间=0x11B

MGC：只要低于功率门限，flag立即生效。

平均功率测量

平均功率测量方法使抽取一系列样本取平均，抽取样本的持续周期由寄存器设置，地址0x15c[D3:D0]

峰值功率检测时间

一般地，通过峰值超出持续时间来控制增益。通过RX的FIR滤波器时钟频率(clkRF)对信号峰值采样，峰值超出时间记录在0x0FE[D4:D0]

Delay设置

功率检测在RX-FIR滤波器前进行。当增益设置改变时功率测量需要维持时延,以便RX-FIR之前的模块完成准备。Delay=0x111[D4:D0]*2,时钟频率为clkRF

增益表（Gain Table）

AD9361增益分为数字增益和模拟增益两部分，且两部分独立控制。

模拟增益表有两种模式：整体表（full table）和分立表（split table），两种模式选择由寄存器0x0FB[D3]控制。

Full模式指接收通道的所有增益由value来体现；

split模式将接收通道增益分为LMT(LAN、MIXER、TIA)和LPF两个独立部分。

Full table mode

在full模式下，改变总体增益值，比如由60改成59，链路中增益模块（LNA、TIA、LPF…）的参数可能都会改变。
通过SPI可读取增益值，0x2B0[D6:D0]指示RX1的增益，0x2B5[D6:D0]指示RX2的增益。
最大的full模式下的增益可在寄存器0x0FD中设置，最大值为76（十进制）。如果在split模式下该寄存器最大值是40（十进制）

Split Table Mode

Split模式下模拟总增益最大值可由寄存器0x0FD设置，最大值为40（十进制），由LMT和LPF两部分组成。

RX1的LMT增益可通过0x2B0[D6:D0]设置；LPF增益可通过0x2B1[D4:D0]设置，范围0到24（十进制）。RX2的LMT增益可通过0x2B5[D6:D0]设置；LPF增益可通过0x2B6[D4:D0]设置，范围0到24（十进制）。

注意：split模式下的增益不是简单的LMT GAIN+LPF GAIN。增加LMT增益1dB，可能不会导致整体增益增加1dB。

数字增益

数字增益使能标志位0x0FB[D2],寄存器0x100[D4:D0]可设置最大增益值，且不超过31.
由于数字增益不会恶化SNR,在链路总增益固定的情形下，可以通过增加数字增益，减小模拟增益来优化链路性能。

注意：

当寄存器0x10B[D5]=1时，无论数字增益标志位0x0FB[D2]为何值，RX1通道数字增益强制为0x10B[D4:D0]；

当寄存器0x10E[D5]=1时，无论数字增益标志位0x0FB[D2]为何值，RX2通道数字增益强制为0x10E[D4:D0]；

手动增益控制（MANUAL GAIN CONTROL (MGC)MODE）

MGC有两种控制方式，一种是SPI直接写入增益值，另一种是通过指针查表方式查找合适增益值。MGC模式由寄存器0x0FA后四位使能，0x0FA[D3:D2]=00,RX2进入MGC模式；0x0FA[D1:D0]=00,RX1进入MGC模式。

注意：MGC控制方法：

设置0x0FA[D3:D0],使RX1、RX2进入MGC模式；

0x0FC[D7:D5]的值是MGC增益指针查表时增加的步径，0x0FE[D7:D5]的值是MGC增益指针查表时减小的步径。

MGC方式下的full table 模式

MGC方式下的split table 模式

SPI 直接写入增益值

LMTRX1控制寄存器地址0x109，

LMT RX2=0x10C，

LPF RX1=0x10A， LPF RX2=0x10D，

Digtal RX1=0x10B， Digtal RX2=0x10E，

指针查表方式改变增益

在这种模式下存在一个问题，那就是查表时首先改变哪部分（LMTLPF）的增益，这由寄存器0x0FC[D4:D3]来确定。

如果0x0FC[D3]=0，则0x0FC[D4]=1改变LMT增益，0x0FC[D4]=0改变LPF增益.

如果0x0FC[D3]=1，则0x0FC[D4]状态忽略，由峰值功率检测机制（AD9361 peak detectors）决定改变LMT还是LPF增益。在这种模式下由寄存器0x11A将 LMT增益分为Upper和Lower两部分。

AGC 慢速控制(Slow attack)

应用场景：在FDD场景下。

设置方法：

0x0FA[D4]=0,确保不进入“Slow Attack Hybrid Mode”

RX1:0x0FA[D3:D2]=10; RX2:0x0FA[D1:D0]=10

AGC Slow attack 控制环

设置增益更新时间

在0x124和0x125中设置更新时间，并以RFclk时钟计数，当达到0x124的value时，链路增益值更新。

Slow attack AGC模式下的full gain table

Slow 模式功率过载时，单增益表控制增益方式如下：

Slow attack AGC模式下的split gain table

如果gain在LPF表中变化，步径=0x106[D3:D0],如果gain在LMT表中变化，步径=0x103[D4:D2]

AGC混合控制模式

该模式是slow 模式，但是增益更新不受时间限制，只要BBP 拉高 CTRL_IN2 信号，则增益表更新。

设置方法：

0x0FA[D4]=1

RX2使能0x0FA[D3:D2]=11；RX1使能0x0FA[D1:D0]=11

AGC快速控制模式（fast attack mode）

AGC fast attack mode对过载的响应非常快，这样当信号的数据部分到达时，AGC就能稳定到最佳增益指标。

AGC是通过状态机实现增益锁定，如果状态机几个状态完成还没有锁定增益，则返回状态机复位状态。状态机如下图：

STATE0

复位状态，当9361没有进入RX状态时，状态机停留在这一状态。

STATE1

进入RX状态，状态机做一个时延使进入gain侦查准备。时延值寄存器地址0x022

检测峰值功率是否过载，检测时间值=0x117[D4:D0],如果不过载则进入状态2

检测到峰值功率过载，调节机制如下：

STATE2

在HB1输出处测量平均功率值，打开各功率过载检测器，一旦发现过载则返回状态1；

平均功率如果低于“低功率门限值”，启动增益增加机制。完成增益增加后返回状态1；

平均功率值与0x101比较，然后调整增益使之与平均功率匹配。链路最大增益由0x118确定。

在 full table模式下，增益调整直接增益参数。Flit模式下，如果0x111[D6]=1，执行如下操作：

如果0x111[D6]=0，则只有LPF的增益值改变使之匹配平均功率值

STATE3

状态机进入增益锁定状态，功率过载检测机制继续进行。如果功率过载或者过低，增益进入非锁定状态。功率过低响应机制和state2一样。

STATE4

状态3检测到功率过载进入状态4，状态4下增益调整可以在单表（full table）和分表（split table）模式下进行。调整步径发生改变，由寄存器0x112[D7:D6],0x113[D7:D5]确定。

STATE5

在此状态下，增益是锁定状态。平均功率检测周期发生变化，由寄存器0x109[D7],0x10A[D7:D5]控制功率检测周期。

未完待续

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编辑：jq