v300r006gmk6dbru单板硬件详细设计报告中射频

1、v300r006gmk6dbru单板硬件详细设计报告 （中射频v300r006gmk6dbru单板硬件详细设计报告（中射频 G3BTS3012V300R006 GMK6DBRU Single Board Low Level Design（IRF Part） G3BTS3012V300R006 GMK6DBRU 单板 硬件详细设计报告（中射频） 绝密Product name产品名称 Confidentiality level 密级 BTS3012 机密 Product version 产 品版本 Total 96 pages 共 96 页 V300R006 G3BTS3012V300R006 G

2、MK6DBRU Single Board Low Level Design（IRF Part） G3BTS3012V300R006 GMK6DBRU 单板 硬件详细设计报告（中射频） Prepared by拟制 潘晓军、牟 亚尼、邵珠法、卢峰、贺国秋 Date日期2007-05-15 Reviewed by审核人薛裕胜 Date日期yyyy-mm-dd Reviewed by审 核人伍令Date日期 yyyy-mm-dd Authorized by批准许 智宇 Date 日期 yyyy-mm-dd Huawei Technologies Co., Ltd. 华为技术有限公司All rights

3、 reserved版权所有侵权必究修订记录 日期 修订版本 描述 作者2007-05-15 1.0初稿 完成（评审归档）潘晓军、牟亚尼、邵珠法、卢峰、贺国秋 yyyy-mm-dd 1.1 修改 XXX 作者名 yyyy-mm-dd 1.2 修 改XXX 作者名 yyyy -mm-dd 2.0 修改XXX 作者名 目录 G3BTS3012V300R006 GMK6DBRU Single Board Low Level Design（IRF Part）1G3BTS3012V300R006 GMK6DBRU 单板硬件详细设计报告 （中射频）1 Huawei Technologies Co., Ltd

4、.1 1 概述 10 1.1 背 景10 1.1.1该文档对应的单板硬件正式名称和版本号；101.1.2单板功能电路划分、作用、采用的标准。10 1.2单板功能描述14 1.2.1GMK6DBRU单板中频通道功能描述14 1.2.2GMK6DBRU单板射频发射通道功能描述141.2.3GMK6DBRU 单板射频接收通道功能描述14 1.2.4GMK6DBRU 单板频率源功育时苗述14 1.2.5GMK6DBRU单板环测功能描述14 1.2.6GMK6DBRU 功率放大功能描述15 1.2.7GMK6DBRU 单板电源15 1.3单板运行环境说明151.4重要性能指标15 1.5单板功耗19 1

5、.6必要的预备知识（可 选）20 2关键器件20 3单板各单元详细说明20 3.1GMK6DBRU 单板功能框图划分 20 3.2单元详细描述21 3.2.1中频单元21 3.2.2发射单元30 3.2.3频率源单元 36 3.2.4 功率放大单元49 3.2.5接收单元62 3.3单元间配合描述 72 3.3.1总线设计72 3.3.2单板上电、复位设计 73 3.3.3各单元 间的时序关系73 3.3.4单板整体可测试性设计 74 3.3.5软件 加载方式说明74 3.3.6基本逻辑和大规模逻辑加载方式说明 74 3.4单板内部基带、中频、射频和功放之间的接口74 3.4.1软件接口 81

6、 3.4.2大规模逻辑接口 82 3.4.3调测接口 82 3.4.4 用户接口 82 4单板电源设计82 4.1电源供电结构图82 4.2实 现方式83 4.2.1小信号部分电源设计 83 4.2.2功放部分电源设计85 5单板可靠性和维护性综合设计说明86 5.1可靠性设计86 5.1.1产品规格书文件中对本板的可靠性指标要求：86 5.1.2 单板失效率(FITs)估算表，1FIT= 1 M0exp(-9) (1/h)86 5.2单板可维护性设计 87 5.2.1故障定位率87 5.2.2单板故 障管理设计 87 5.2.3单板可维护性设计说明 87 5.2.4MTTR(平均修复时间)估

7、计值及依据87 5.2.5单板自检和上报功能方案87 5.2.6单板及部件更换/现场调试可达性实现方案885.2.7防差错设计和标识方法 88 5.2.8维修操作中对设备本身 及人身安全保障的设计 88 5.2.9易损部件的通用性和互换性88 6单板信号完整性设计说明88 7器件应用可靠性设计说明88 7.1单板器件可靠应用分析 88 7.2器件工程可靠性需求符 合度分析89 7.2.1器件质量可靠性要求89 7.2.2机械应力907.2.3可加工性90 7.2.4电应力90 7.2.5环境应力90 7.2.6温 度应力91 7.2.7寿命及可维护性91 7.3固有失效率较高器件改进对策91

8、7.4上、下电过程分析91 7.4.1上下电浪涌917.4.2器件的上下电要求 91 7.5器件可靠应用薄弱点分析917.6器件离散及最坏情况分析 91 8单板热设计说明91 9EMC、 ESD、防护及安规设计说明 92 9.1ESD设计92 9.2EMC设计 92 9.2.1 一般原则：92 9.2.2功放部分93 9.3安规设计93 9.3.1单板上的电路类型93 9.3.2安规器件93 9.3.3外部接口 94 9.3.4设计原则和其它 说明94 10单板工艺设计说明94 10.1PCB工艺设计94 10.1.1功放部分说明94 10.2工艺路线设计95 10.3工艺互连可靠性 分析95

9、 10.4元器件工艺解决方案 96 10.5单板工艺结构设计 96 10.6新工艺详细设计方案 96 11单板结构设计说明 96 12 其他96 13附件96表目录 表1功放单元功能列表 15表2 发射小信号部分性能指标描述表（含环测功能）15表3接收部分性能指标描述表 17表4单板下行输由口性能指标 19 表5中频上行模块接口信号列表 21表6中频下行模块接口 信号列表25表7功放功率检测和功放静态电流检测模块接 口信号列表28表8功放栅压控制模块接口信号列表30表9GMK6DBRU 发射通道与接口信号定义32表10Max2059主要参数 33表11ADL5372的主要参数 33表12本振杂

10、散 电平要求36表13频率源单元与基带单元接口 39表14发 射频合指标设计规格表40表15接收频合指标设计规格表40表16发射本振通道电平分配 41表17接收本振通道电平 分配43表18功放单元与其它单元接口信号表50表19接收单元与其他单元的接口64表20射频接收通道器件典型指标67表21射频接收通道链路预算 （典型值，输入信号电平 -15dBm） 67表22射频接收通道链路预算（典型值，输入信 号电平-26dBm ）68表23射频接收通道器件参数（增益最低， 噪声系数最大，OP1dB最低）68表24射频接收通道链路预 算（最大噪声系数，输入信号电平 -15dBm） 68表25射频接收通道

11、链路预算（最大噪声系数，输入信号电平-26dBm） 69表26射频接收通道器件参数（增益最高，OP1dB最低）69表 27射频接收通道链路预算 （最大增益、最低器件OP1dB,输 入信号电平-15dBm） 70表28射频接收通道链路预算（最大增益、最低器件OP1dB,输入信号电平-26dBm） 70表29考虑倒易混频时的灵敏度指标71表30双混频器MAX9995的杂散抑制指标71表31单板内部所有接口列表74表32BL1117和LP2951的主要参数表:83表33器件可靠性应用 隐患分析表 88图目录 图1GMK6DBRU 单板总体框图11 图2GMK6DBRU RF 单板总体实现框图 20图

12、3AD6650配置 写时序23图4AD6650配置回读时序24图5AD6650串行输 由时序24图6DAC2904输入时序27图7重建滤波电路 28 图8功放功率和功放静态电流检测电路29图9AD5325的电路实现30图10GMK6DBRU 单板RF发射小信号部分框图 （单载波）31图11max2059的内部结构示意图 32图12发射 通道结构图33图13发射通道原理图 34图1452MHz时钟 驱动、分配电路框图 37图15收发本振电路38图16发射 频综电路42图17发射频综的环路滤波电路仿真结果43图18接收频综电路44图19接收频综的环路滤波电路仿真结果45图20环测104MHz参考时

13、钟电路 46图21环测 104MHz参考时钟的滤波电路 46图22环测104MHz参考时 钟的实际模型滤波电路仿真结果 47图23时钟驱动、分配电 路48图24时钟输入信号分配的波形图 48图25功放功能框图49图26射频放大通道关键器件和指标分配52图27射频放大通道的链路预算 52图28射频通道的链路预算示意 图；53图29射频合路构成框图 54图30开关连接器结构图 55图313dB电桥指标55图323dB电桥PCB安装方式56图 33功率放大器数字偏置 57图34电流检测电路58图35耦 合输由功率检波电路 58图36温度补偿电路及其仿真结果 59图37电缆开路告警电路 60图38基站

14、配置示意图61图 39接收机总体模块框图 63图40接收机模块框图63图41 接收通道射频部分电路 65图42接收通道中频电路图 66图 43射频接收通道链路预算模型67图44DBUS连接图73图45单板电源结构树 83图46BL1117可调压版本功能框图 84 图47关键器件的5V实现电路84图48PLL的电源实现电路 85 G3BTS3012V300R006 GMK6DBRU Single Board Low Level Design(IRF Part) G3BTS3012V300R006 GMK6DBRU 单板硬件详细设计报告(中射频)关键词：GSM1800、BTS3012、DBRU、G

15、MSK、8PSK、IQ 调制、 频率源、锁相环、跳频、功分、增益控制、灵敏度、噪声系 数、功放、IP3、RF、LO、IF、SPDT、SCP、TRX、DSP、 CUI、DVGA、PBT 摘要：GMK6DBRU 是 GSM1800 BTS3012 GSM/EDGE 双载波系 统，主要由电源单元、基带单元和中射频小信号单元和功放 单元组成。射频小信号部分由相对独立的两个收发载波组成。发射单元首将基带单元送来的IRadio Link Control/Medium Access Control(RLC/MAC) protocol l 3GPP TS 05.01 :3rd Generation Partn

16、ership Project Technical Specification Group GSM/EDGE ,Digital cellular telecommunications system(Phase 2+);Physical layer on the radio path ;General description l 3GPP TS 05.02 :3rd Generation Partnership Project Technical Specification Group GSM/EDGE Radio Access Network ;Multiplexing and multiple

17、 access on the radio path l 3GPP TS 05.03:3rd Generation Partnership Project Technical Specification Group GSM/EDGE Radio Access Network; Channel coding l 3GPP TS 05.04:3rd Generation Partnership Project Technical Specification Group GSM/EDGE Radio Access Network ,Digital cellular telecommunications

18、 system(Phase 2+) Modulation l 3GPP TS 05.05:3rd Generation Partnership Project Technical Specification Group GSM/EDGE Radio Access Network, Radio transmission and reception l 3GPP TS 05.08:3rd Generation Partnership Project Technical SpecificationGroup GSM/EDGE Radio Access Network, Radio subsystem

19、 link control l 3GPP TS 05.09 :3rd Generation Partnership Project Technical Specification Group GSM/EDGE Radio Access Network, Link Adaptation l 3GPP TS 05.10:3rd Generation Partnership Project Technical Specification Group GSM/EDGE Radio Access Network, Digital cellular telecommunications system(Ph

20、ase 2+) Radio subsystem synchronization l 3GPP TS 05.14 :3rd Generation Partnership Project Technical Specification Group GSM/EDGE Radio Access Network, Release Independent Frequency Bands Implementation Guidelines l GSM 05.22 ; Digital cellular telecommunications system (Phase 2+), Radio limk manag

21、ement in hierarchical networks l GSM 05.50; Digital cellular telecommunications system (Phase 2+); Background for Radio Frequency (RF) requirements l 3GPP TS 08.51:3rd Generation Partnership Project Technical Specification Group GSM/EDGE Radio Access Network, Base Station Controller-Base Transceiver

22、 Station (BSC-BTS) interface, General aspects l 3GPP TS 08.523rd Generation Partnership Project Technical SpecificationGroup GSM/EDGE Radio Access Network, Base Station Controller-Base Transceiver Station (BSC-BTS) interface, interface principles l 3GPP TS 08.54 :3rd Generation Partnership Project T

23、echnical Specification Group GSM/EDGE Radio Access Network, Base Station Controller-Base Transceiver Station (BSC-BTS) interface, Layer1 structure of physical circuits l 3GPP TS 08.56 :3rd Generation Partnership Project Technical Specification Group GSM/EDGE Radio Access Network, Base Station Contro

24、ller-Base Transceiver Station (BSC-BTS) interface, Layer2 specification l 3GPP TS 08.52 :3rd Generation Partnership Project Technical Specification Group GSM/EDGE Radio Access Network, Base Station Controller-Base Transceiver Station (BSC-BTS) interface, Layer3 specification l 3GPP TS 08.52 :3rd Gen

25、eration Partnership Project Technical Specification Group GSM/EDGE Radio Access Network, Base Station Controller-Base Transceiver Station (BSC-BTS) interface, Layer3 specification 2) 其他行业标准a) 防护标准 l IEC61000-4-5 Eletromagnetic compatibility(EMC)-Part 4:Testing and measurement techniques-Section 5:Su

26、rge immunity test l ETS 300 386 Electromagnetic compatibility and Radio spectrumMatters(ERM); Telecommunication network equipment; ElectroMagnetic Compatibility(EMC)requirements l ITU-T K.20 Resistibility of telecommunication equipment installed in a telecommunications centre to overvoltages and ove

27、rcurrents l ITU-T K.44 Resistibility tests for telecommunication equipment exposed to overvoltages and overcurrents l IEC 61024-1(1993) Protection of structures against lightning l ITU-T K.41 Resistibility of internal interfaces of telecommunication centres surge overvoltages b) 安全标准 l安全设计需满足 UL6095

28、0、IEC60950、EN60950、AS/NZS60950 等安全标准 c)环境需遵循的标准：3) 内部标准l通信产品元器件可靠性降额准则 DKBA1151-2002.09 4 )外部标准：l工作气候适应性(温度)：IEC 68-2-1/IEC 68-2-2 l工作气候适应性(湿度)： IEC68-2-30 ; l运输和存贮气候适应性(温度)： IEC 68-2-1/IEC 68-2-2 1.2 单板功能描述1.2.1 GMK6DBRU单板中频通道功能描述GMK6DBRU中频部分包括ADC上行模块(AD6650 )、DAC下行模块(DAC2904 )、功放功率 检测和功放静态电流检测模块(A

29、D7866)、功放栅压控制模块(AD5325)四个模块。DAC把基带送来的信号转换为模拟IQ输由至射频调制器；AD6650完成一个载频的接收主分集的中频信号处理， 输由2倍符号速率的24bit基带IQ数据送到DSP进行均衡解 调处理；功率检测电路把射频检波过来的电压信号经AD转换后送给基带处理；功放栅压控制电路检测功率放大器的静 态工作电流，反馈给基带处理，基带对静态电流进行调整。3.2.2 GMK6DBRU 单板射频发射通道功能描述 GMK6DBRU单板发射通道采用直接变频方案。首先由FPGA产生GMSK/8PSK已调数字IQ信号，送给 DAC产生模拟I/Q信号，通过调制器直接把 I/Q信号

30、调制到 GSM发射频段，发射信号经滤波放大后推动功放产生 60W/GMSK或40W/8PSK两路输生功率信号，或经合路电桥 合并为一路，再经过射频前端单元的双工滤波器送往天线发 射由去。载频外部合路单元 DCOM ,只在载频内部合路器已经使 用，并且还需再次合路时使用。3.2.3 GMK6DBRU 单板射频接收通道功能描述 天线接 收的信号，经射频前端的低噪声放大器放大后， 经DDPU送 到载频接收输入端。在载频内接收通道仅通过一次下变频到中频频段 211MHz,再经中频声表滤波器滤波后送到基带接收中频处 理单元进行AGC放大、IQ解调、基带IQ采样和数字处理。3.2.4 GMK6DBRU单板

31、频率源功育的函述 GMK6DBRU单板由两载波组成，所以其频率源由三部分组成，分别为二个 发射射频频率源、二个接收射频频率源、一个 52MHz时钟 频率源。其功能是完成协议规定的正常输由频点以及实现协议规 定的时隙跳频。单板使用的频综是快锁型的，跳频的实现是由频综在保护 时隙内完成，所以频综数量就减少了一半。3.2.5 GMK6DBRU单板环测功育的苗述 GMK6DBRU单板 发射通道环回测试功能的实现，环测信号取自IQ调制器的输由，采用DVGA芯片中集成的混频器， 通过在环测时隙选 通DVGA内部开关控制，省去了原电路中的两个射频开关和 一级本振驱动放大器。同时采用参考时钟的二次谐波替代环测

32、本振，发射频段RF信号衰减到一定的电平，再将此信号搬移104MHz到相应的接收频段，通过耦合器将环回的测试信号耦合到主分集接收 通道进行接收处理。为了减少功耗以及环测频率源带来的干扰以及环测功能 主要起维护作用，所以载波正常工作时，关断环测功能电路， 防止带来单板干扰。3.2.6 GMK6DBRU 功率放大功能描述 功放主要实现以 下功能：将DBRU发射单元输由的两路 TXA、TXB信号分别放大到 所需要的功率等级，输由给双工器，通过天馈口发射由去； 或者将放大后的信号进行功率合成，将功率从合路口输由给 双工器，再通过天馈口发射由去。主要功能如下所示：表1功放单元功能列表 序号 描述1放大TR

33、X输生的小 信号到需要的功率电平2实现A, B通道的功率合成 3实现A , B通道前向功率检测，A+B通道合路隔离端功率检测 4实现A , B及A+B通道射频输由电缆连接状态的检测5实现单板温度检测，IIC接口 6实现功放栅压的数字偏置 1.2.7 GMK6DBRU 单板电源 GMK6DBRU 单板采用-48V电 源，采用电源砖转换为 27V,其中一路提供给功放使用。另外支路使用开关电源转换到6.3V和3.3V o其中射频使用6.3V电源，6.3V由线性电压转换器转换为 5V 提供给 max2058、max9985、SKY9985 等关键器件。1.3单板运行环境说明GMK6DBRU 单板射频子

34、系统使用的环境温度：-5+65° 1.4重要性能指标 表2发射小信号部分性能 指标描述表（含环测功能）规格名称 规格指标 备注 工作频率1805MHz1880MHz增益 常温：1.5 0.5dB高低温：1.5+1/-2dB 输由功率 GMSK:常温（0等级）：14.5 2.5dBm 常温（8分贝衰减，0等级）：6.5 2.5dBm 高低温（0等级）：14.5 3.0dBm； 8PSK:常温（0等级）：8.0 2.5dBm 常温（8分贝衰减，0等级）：0.0 2.5dBm 高低温（0等级）：8.0 3.0dBm AQM调制输由典型值 GMSK :4.0 0.5dBm 8PSK :-2.

35、5 仕5 dBm 输由底噪声 -96dBm/100KHz （带内） AQM 调制输由-106dBm P1dB 8PSK功率回退 不小于5dB全温， 任何功率等级下 RMS EVM <2% OOS 40dB调制谱频点M900 M1800 GMSK 8PSK GMSK 8PSK 100kHz 0.5dBc0.5dBc 0.5dBc 0.5dBc 200kHz -36dBc -36dBc -36dBc -36dBc250kHz -41dBc -40dBc -41dBc -40dBc 400KHz -70 dBc -66dBc -70 dBc -66 dBc 600kHz 1200kHz -80 dBc -80 dBc -80dBc -80 dBc 1200kHz 1800kHz -85dBc -85dBc -85dBc-85dBc 切