ADRV - DPD1/PCBZ：小基站数字预失真参考设计深度解析

在现代通信领域，小基站的发展对于提升网络覆盖和容量起着至关重要的作用。ADRV - DPD1/PCBZ小基站数字预失真参考设计，为工程师们提供了一个强大且全面的解决方案。本文将深入剖析该设计的各个方面，帮助电子工程师更好地理解和应用这一设计。

文件下载：ADRV-DPD1/PCBZ.pdf

1. 产品特性

ADRV - DPD1/PCBZ是一款高性能的小基站参考设计，具有以下显著特性：

• 完整设计：实现了从JESD204B接口到天线端口的完整设计，集成了AD9375数字预失真（DPD）和SKY66297 - 11功率放大器（PA）。
• 通信规格：支持2×2 LTE 20 MHz通信，每个天线输出功率可达250 mW，适用于Band 7 FDD频段。
• 集成度高：包含收发器、2个PA、2个低噪声放大器（LNA）、双工滤波器以及直流电源解决方案。
• 功耗与供电：无线电板功耗约为10 W，可由单一12 V电源供电。
• 接口适配：评估套件可与基带子系统连接，方便进行系统集成和测试。

2. 评估套件内容

评估套件包含以下关键组件：

• ADRV - DPD1/PCBZ无线电板：核心的射频处理板，实现信号的收发和处理。
• ADRV - INTERPOS1/PCBZ转接板：带有时钟解决方案，用于连接无线电板和评估板。
• 8 GB SD卡：存储系统所需的数据和程序。
• RF适配器：用于SMP（F）和SMA（F）系列之间的转接。
• 12 V、60 W交流/直流外部桌面电源（Class I）：为系统提供稳定的电源。

3. 所需设备与软件

3.1 设备

• EVAL - TPG - ZYNQ3评估板：基于Xilinx Zynq - 7000 FPGA，用于控制和处理信号。
• 以太网电缆：实现评估板与PC之间的通信。
• IEC C13交流电源电缆：为电源适配器供电。

3.2 软件

• AD9375小基站无线电参考设计评估软件GUI：用于配置和控制ADRV - DPD1/PCBZ板。

4. 软件安装与设置

4.1 软件安装

AD9375小基站评估软件（SCES）在连接评估套件后，会读取硬件标识数据，验证软件与硬件的匹配性。安装步骤如下：

1. 下载软件压缩包后，将其复制到目标系统并解压，其中包含可执行文件“Small Cell Evaluation Software Vx.x.x.exe”。
2. 运行可执行文件，安装向导会默认安装可选组件，如Microsoft .NET Framework 4.5（软件运行必需）和IronPython 2.7.4（推荐安装）。
3. 打开“运行”窗口，输入“ncpa.cpl”，配置以太网设备的IP地址为192.168.1.2，子网掩码为255.255.255.0。
4. 在Windows防火墙或其他杀毒软件中创建出站TCP规则，允许端口22和55555通信。

4.2 SCES设置

设置SCES需要满足以下要求：

• 一个适用于Xilinx Zynq - 7000系统级芯片（SoC）FPGA的评估板，如EVAL - TPG - ZYNQ3。
• ADRV - DPD1/PCBZ小基站参考设计套件。
• Windows 7 SP1或更高版本的操作系统。
• 可用的以太网端口或USB转以太网适配器。
• 从ADRV - DPD1产品页面下载的AD9375 SCES安装程序。
• 控制PC的管理员权限。

5. 评估套件设置与硬件操作

5.1 评估套件设置

硬件设置步骤如下：

1. 使用以太网电缆连接PC和EVAL - TPG - ZYNQ3评估板。
2. 确保EVAL - TPG - ZYNQ3上的跳线配置正确，开关设置为指定位置。
3. 将SD卡插入EVAL - TPG - ZYNQ3，使用高引脚数（HPC）FPGA夹层卡（FMC）连接器将转接板连接到EVAL - TPG - ZYNQ3，再将无线电板连接到转接板。
4. 将转接板的J16头设置为短接中间两个引脚（Pin 3到Pin 4），即自动位置。
5. 将参考时钟信号连接到转接板的J8（REF_A，默认10 MHz）或J13（REF_B，默认30.72 MHz）。
6. 将12 V、5 A电源连接到EVAL - TPG - ZYNQ3的J22电源输入。
7. 将12 V、5 A无线电电源连接到转接板的J14。

5.2 硬件操作

操作评估硬件的步骤如下：

1. 打开连接到EVAL - TPG - ZYNQ3和转接板的两个12 V、5 A电源，然后将EVAL - TPG - ZYNQ3的电源开关SW1置于开启位置。
2. EVAL - TPG - ZYNQ3使用Linux操作系统，大约30秒后系统准备好接受PC软件的命令。可以通过观察EVAL - TPG - ZYNQ3的通用输入/输出（GPIO）LED（L、C、R和O）来了解启动状态。
3. 进行接收器测试时，使用低相位噪声的高质量信号发生器为所选RF输入提供输入信号，通过低损耗50 Ω SMA同轴电缆连接到无线电板的天线接口。
4. 进行发射器测试时，将频谱分析仪连接到ADRV - DPD1/PCBZ的发射器输出，使用低损耗50 Ω SMA同轴电缆连接。在初始校准期间，建议禁用功率放大器。
5. 必须使用SCES软件执行关机操作，或者使用SW9按钮关闭Zynq系统，以防止SD卡损坏。

6. SCES快速启动

6.1 基本接收器设置

1. 在评估软件的配置选项卡中选择“AD9375 Radio”，并选择配置子选项卡，为接收通道选择“RX1_RX2”。
2. 选择接收配置文件，或使用默认值。
3. 确保接收锁相环（PLL）的频率与信号发生器的载波频率匹配。
4. 点击菜单栏中的“Program”进行编程，等待编程进度条完成。
5. 点击“Receive Data”选项卡。
6. 点击工具栏中的“Play”按钮，观察从信号发生器输出到无线电板SMP连接器的波形。

6.2 基本发射器设置

1. 在评估软件的配置选项卡中选择“AD9375 Radio”，并选择配置子选项卡，为发射通道选择“TX1_TX2”。
2. 选择发射配置文件，建议选择与频谱分析仪接收信号匹配的配置文件。
3. 设置发射PLL频率为频谱分析仪接收到的载波频率。
4. 点击菜单栏中的“Program”进行编程，等待编程进度条完成。
5. 点击“Transmit Data”选项卡。
6. 使用“Load Waveform”按钮将波形加载到Tx1和Tx2通道。
7. 设置每个发射通道的RF衰减和波形数字衰减。
8. 点击“Run Cals”进行校准，等待校准完成。
9. 点击“Transmit Data”选项卡工具栏中的“Play”按钮，开始发射波形。
10. 在RF控制选项卡中打开连接频谱分析仪的天线的增益放大器。
11. 打开相应天线的功率放大器。
12. 关机时，按相反顺序关闭放大器，然后在“Transmit Data”选项卡中停止或更改波形。

6.3 基本DPD设置

1. 完成基本发射器设置后，返回配置选项卡，确保在发射配置文件下拉菜单中设置了TxDPD配置文件。
2. 在校准选项卡中，启用所有内部发射器本地振荡器泄漏（LOL）和正交误差校正（QEC）选项。
3. 点击“Program”对设备进行编程，等待编程完成。
4. 确保在“Transmit Data”选项卡左侧启用所有发射器LOL和QEC跟踪选项。
5. 点击“Run Cals”进行校准，等待校准完成。
6. 点击“Transmit Data”工具栏中的“Play”按钮，开始发射波形。
7. 打开所需天线端口的增益放大器。
8. 打开相应天线端口的功率放大器。
9. 点击“DPD Control”选项卡。
10. 选择所需输出的复选框以启用DPD。
11. 点击“Start DPD”，观察频谱分析仪上相邻信道泄漏的降低。
12. 关机时，点击“Reset DPD”禁用DPD，按相反顺序关闭放大器，然后在“Transmit Data”选项卡中停止或更改波形。

7. 评估套件硬件

7.1 电源供应连接

转接板上有三个电源连接器：J14、J15和J26。通常使用J14的12 V 2线CUI PJ - 102BH电源连接器为转接板供电，建议使用提供的通用交流转直流电源适配器。实验室电源也可使用，但需提供12 V ±5%的直流输入电压，单块无线电板需要2.0 A电流，同时连接两块无线电板需要3.5 A电流。

7.2 板卡视图

ADRV - DPD1/PCBZ的顶部通过热垫片与散热器接口，底部通过SAMTEC 100路0.8 mm间距系统连接器与转接板直接接口。

7.3 转接板参考

转接板提供两个系统参考时钟选项，分别为默认的10.00 MHz输入（REF_A）和30.72 MHz输入（REF_B），建议一次仅使用一个输入。转接板上有八个LED指示灯，用于显示板卡状态。ADP5054使能跳线（J16）可选择ADP5054电源调节器的工作模式。此外，转接板还提供了EEPROM写保护使能头、调试头、JTAG头和SPI芯片选择线等。

8. 使用软件进行测试

8.1 图形用户界面操作

图形用户界面（GUI）是ADRV - DPD1/PCBZ和转接板的控制器，通过以下步骤进行操作：

1. 点击GUI菜单中的“Connect”连接到EVAL - TPG - ZYNQ3。
2. 首次连接时，点击“Device > Update > Platform Files”更新设备平台文件。
3. 从硬件树窗格中选择转接板，在“Ref Clock Setup”选项卡中选择所需的参考时钟。
4. 从硬件树视图中选择无线电板，在“Config”选项卡中选择所需的无线电配置。
5. 使用其他配置选项卡设置所需的配置。
6. 完成所有配置选项卡后，点击菜单栏中的“Program”配置评估套件。
7. AD9375进入无线电开启模式。
8. 在发射模式下，通过“Transmit Data”选项卡加载数据进行发射。
9. 使用“RF Controls”选项卡配置从AD9375到天线连接器的发射RF路径。
10. 在接收模式下，使用“Receive Data”选项卡观察AD9375接收到的数据，使用“RF Controls”选项卡启用或禁用接收RF路径中的低噪声放大器。
11. 使用“DPD Control”选项卡启用或禁用发射路径上的DPD自适应。

8.2 软件启动与模式

• 启动：点击“Start > All Programs > Analog Devices > Small Cell Evaluation Software > Small Cell Evaluation Software”启动GUI。
• 演示模式：当评估硬件未连接时，可通过点击窗口左上角的“Connect”，然后在“Zynq Not connected”错误框中点击“OK”进入演示模式。演示模式是软件的通用有限版本，提供了收发器功能和评估软件的概述，但不支持一些特定于ADRV - DPD1/PCBZ的功能。
• 正常操作：硬件连接到PC后，点击“Connect”，SCES通过以太网电缆与Zynq系统建立连接。连接成功后，软件识别连接的硬件，退出演示模式，进入小基站评估系统连接模式。

8.3 软件更新

安装SCES更新时，通常需要更新平台文件。可通过点击“Device > Update > Platform Files”进行更新，SCES会自动更新EVAL - TPG - ZYNQ3 SD卡上的文件并重启ADRV - DPD1/PCBZ系统。

9. GUI参考

9.1 配置AD9375

SCES包含四个主要的用户可配置选项卡：

• 配置选项卡：可选择设备时钟频率、活动接收通道数、活动发射通道数、观察/嗅探输入、接收器、发射器、观察接收器和嗅探接收器的配置文件，以及接收器、发射器和嗅探接收器/观察接收器的本地振荡器（LO）频率。
• 校准选项卡：可启用或禁用初始化校准和跟踪校准，包括接收器/发射器QEC和LOL校准。
• JESD204b设置选项卡：设置数字数据接口的特性，如JESD204B通道配置、加扰和SYSREF同步方式。
• AGC选项卡：配置自动增益控制（AGC），具体设置可参考AD9375设计文件包。
• GPIO选项卡：包括GPIO配置选项卡和3v3 GPIO选项卡，用于配置转接板上的GPIO头引脚。
• Rx、Tx和ObsRx/Sniffer摘要选项卡：总结设置并显示相应的图形，可检查每个滤波器节点的时钟速率、滤波器特性和通带平坦度。

9.2 时钟设置

转接板使用AD9528时钟设备为AD9375提供主时钟（DEV_CLK）和SYSREF脉冲，可通过“Ref Clock Setup”选项卡配置AD9528。

9.3 编程评估系统

完成所有选项卡的配置后，点击“Program”，SCES会发送一系列API命令，由运行在EVAL - TPG - ZYNQ3上的专用Linux应用程序执行。编程完成后，系统即可正常运行。

9.4 其他SCES功能

• 设备下拉菜单：提供更新平台文件、重启Zynq平台和关闭Zynq平台等命令。
• 文件下拉菜单：可保存和加载SCES配置、加载自定义配置文件、查看日志文件和退出软件。
• 工具下拉菜单：提供设置IronPython库文件夹路径、创建脚本、内存转储等功能。
• 帮助下拉菜单：提供API帮助文件、DLL帮助文件和关于软件和硬件版本的信息。
• 系统状态栏：显示PC与EVAL - TPG - ZYNQ3的连接状态、AD9375的开启状态、跟踪校准状态和编程进度。

10. 接收器和发射器设置

10.1 接收器设置

• 接收数据选项：配置AD9375 SCES并编程系统后，点击“Receive Data”选项卡，可输入RF接收器中心频率、设置接收器增益、启用或禁用Rx1或Rx2 QEC跟踪校准、重新运行接收器初始化校准。点击“Play”按钮，AD9375进入接收状态，显示接收到的数据的频率和时域波形。
• 观察接收器信号链：点击“ObsRx Sniffer Data”选项卡，可输入观察接收器RF中心频率、设置观察接收器增益、选择观察通道。点击“Play”按钮，AD9375显示观察接收器输出数据的频率和时域波形。

10.2 发射器设置

• 发射数据选项：点击“Transmit Data”选项卡，可输入RF发射器中心频率、设置衰减水平、启用或禁用不同校准、控制数据缩放、发射连续波形（CW）音调或加载发射器数据文件中的波形。
• RF路径和DPD控制：默认情况下，发射器输出RF路径和接收器输入RF路径是禁用的，可使用“RF Control”和“DPD Control”选项卡进行配置和启用。

11. 脚本编写

用户可通过“Tools > Create Script > Python”命令生成包含所有API初始化调用的IronPython脚本。在“Iron Python Script”选项卡中，用户可以使用IronPython语言编写独特的事件序列，并在ADRV - DPD1/PCBZ系统上执行。

12. 故障排除

12.1 启动问题

• 无LED活动（Zynq）：检查EVAL - TPG - ZYNQ3是否正确供电，检查跳线设置和SD卡插入情况。
• LED活动但SCES报告硬件未连接：检查以太网电缆连接、Windows操作系统与EVAL - TPG - ZYNQ3的通信、IP地址和端口设置，确保防火墙未阻止端口22和55555。
• 转接板上的LED 1和LED 2（STATUS 1和STATUS 0）编程后不亮：检查外部参考时钟设置、连接情况和“Ref Clock Setup”选项卡中的频率和选择。

12.2 错误处理

SCES会提供一些错误消息，若错误描述涉及DLL命令，可参考API和DLL帮助文件。

13. 典型性能

ADRV - DPD1/PCBZ无线电板在开启和关闭DPD时的典型发射器相邻信道泄漏功率比（ACLR）性能有