本文探討了ADRV9001，這是ADI公司最新一代軟件定義無線電(SDR)收發(fā)器單片集成電路(IC)，旨在為衛(wèi)星、軍事、陸地移動(dòng)、公用事業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施和蜂窩網(wǎng)絡(luò)的眾多關(guān)鍵任務(wù)型通信應(yīng)用提供可擴(kuò)展的功率和性能。它首先從組件級(jí)別、通道級(jí)別和IC系統(tǒng)級(jí)別介紹ADRV9001中的三個(gè)用戶定義節(jié)能選項(xiàng)。然后，進(jìn)一步討論被稱為監(jiān)測(cè)模式的一項(xiàng)獨(dú)特的系統(tǒng)功能，該功能不僅為ADRV9001節(jié)省功率，還能夠讓用戶降低基帶集成電路(BBIC)的運(yùn)行功率，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的最優(yōu)化節(jié)能目標(biāo)。本文還展示了每個(gè)節(jié)能選項(xiàng)的節(jié)能效果，并詳細(xì)說明與之相關(guān)的性能權(quán)衡因素。通過深入了解這些權(quán)衡考量，可以確定最優(yōu)的系統(tǒng)節(jié)能策略，以實(shí)現(xiàn)出色的系統(tǒng)功耗和令人滿意的系統(tǒng)性能。

簡(jiǎn)介

ADRV9001屬于高度敏捷、用戶可配置的新一代SDR IC收發(fā)器產(chǎn)品系列。它提供出色的射頻性能，具有一系列先進(jìn)的系統(tǒng)特性，例如多芯片同步(MCS)、數(shù)字預(yù)失真(DPD)、動(dòng)態(tài)配置文件切換(DPS)和快速跳頻(FFH)。此IC支持頻分雙工(FDD)和時(shí)分雙工(TDD)操作，射頻頻率范圍從30 MHz到6 GHz，涵蓋特高頻(UHF)頻段、甚高頻(VHF)頻段、工業(yè)、科研、醫(yī)療(ISM)頻段以及蜂窩頻段。它兼具窄帶（低至12 kHz）和寬帶（高達(dá)40 MHz）信號(hào)處理能力，可實(shí)現(xiàn)從24 kSPS到61.44 MSPS幾乎連續(xù)的采樣率。

因?yàn)榫邆渖鲜鏊羞@些功能，它非常適合作為平臺(tái)用于許多不同的關(guān)鍵任務(wù)型應(yīng)用。ADI公司的合作伙伴開發(fā)了一些通用系統(tǒng)化模塊(SOM)，例如Alciom、Epiq Solutions、NextGen RF Design和Vanteon Wireless Solutions。這些SOM產(chǎn)品針對(duì)關(guān)鍵任務(wù)型通信，包括工業(yè)自動(dòng)化和先進(jìn)的計(jì)量應(yīng)用。它們具有相同的特性，即通過這個(gè)IC，實(shí)現(xiàn)性能、功率、尺寸和成本之間的良好平衡。圖1展示組件、通道和系統(tǒng)級(jí)別的主要節(jié)能選項(xiàng)。注意：ADRV9001系列中不同版本的收發(fā)器具有不同的通道數(shù)量和不同的系統(tǒng)特性，圖1簡(jiǎn)化了這些差別。

圖1.ADRV9001三個(gè)不同級(jí)別的節(jié)能選項(xiàng)的示意圖。

如圖1所示，組件級(jí)節(jié)能選項(xiàng)（用紫色突出顯示）主要涉及模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、射頻鎖相環(huán)(RF PLL)、基帶(BB)鎖相環(huán)、模擬發(fā)射低通濾波器(Tx LPF)和接收低通濾波器(Rx LPF)等組件。與大部分傳統(tǒng)收發(fā)器不同，ADRV9001為I和Q數(shù)據(jù)路徑提供一對(duì)高性能(HP)和低功耗(LP) ADC以供用戶選擇。另外，對(duì)于每個(gè)組件，也提供多種節(jié)能選項(xiàng)。圖1用紅色突出顯示一對(duì)發(fā)射和接收通道的通道級(jí)節(jié)能選項(xiàng)。這是專為TDD應(yīng)用設(shè)計(jì)的，因?yàn)榘l(fā)射和接收操作彼此時(shí)間多路復(fù)用，所以當(dāng)一個(gè)通道工作時(shí)，另一個(gè)通道閑置，可以被關(guān)斷。ADRV9001通過要求不同的喚醒時(shí)間恢復(fù)運(yùn)行來提供不同級(jí)別的通道節(jié)能方案。系統(tǒng)級(jí)節(jié)能選項(xiàng)用綠色突出顯示；它們可以用在預(yù)計(jì)會(huì)長(zhǎng)時(shí)間處于不活動(dòng)狀態(tài)的應(yīng)用中，以節(jié)省更多功耗，例如數(shù)字移動(dòng)無線電(DMR)手持系統(tǒng)。1

除了所有這些節(jié)能選項(xiàng)，收發(fā)器還提供監(jiān)測(cè)模式，允許ADRV9001和BBIC在系統(tǒng)閑置期間進(jìn)入睡眠狀態(tài)。在睡眠狀態(tài)下，ADRV9001可以定時(shí)喚醒一個(gè)接收通道來執(zhí)行信號(hào)檢測(cè)。因此，可以卸下BBIC進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)的責(zé)任，讓其在整個(gè)閑置階段內(nèi)休眠，以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的整體系統(tǒng)節(jié)能目標(biāo)。

在以下章節(jié)，我們將深入探討所有節(jié)能選項(xiàng)和監(jiān)測(cè)模式。通過深入了解相關(guān)的性能權(quán)衡，設(shè)計(jì)工程師可以探索所有潛在的節(jié)能可能性，在控制功耗的同時(shí)，確保實(shí)現(xiàn)令人滿意的系統(tǒng)性能。

組件級(jí)節(jié)能

在設(shè)備初始化階段，通過軟件開發(fā)套件(SDK)提供的應(yīng)用編程接口(API)配置各個(gè)硬件組件，可以輕松實(shí)現(xiàn)組件級(jí)節(jié)能。圖2展示了提供多種節(jié)能選項(xiàng)的主要硬件組件，包括ADC、RF PLL、BB PLL、接收LPF和發(fā)送LPF。要正確配置這些組件，必須了解性能權(quán)衡。

圖2.ADRV9001組件級(jí)節(jié)能選項(xiàng)。

ADRV9001允許在HP ADC和LP ADC之間進(jìn)行選擇。HP ADC基于連續(xù)時(shí)間sigma-delta (CTSD)架構(gòu)，寬度為5位。LP ADC基于壓控振蕩器(VCO)架構(gòu)，寬度為16位。HP和LP ADC提供類似的動(dòng)態(tài)范圍性能（從滿量程到熱噪聲之間的范圍），但具有不同的線性度性能。2圖3比較HP ADC和LP ADC的輸入三階交調(diào)截點(diǎn)(IIP3)和輸入二階交調(diào)截點(diǎn)(IIP2)性能。它是在室溫環(huán)境和最大接收器增益下，使用寬帶配置文件，對(duì)兩個(gè)連續(xù)波(CW)信號(hào)音（具有1 MHz頻率間隔）進(jìn)行測(cè)量。注意：x軸表示第一個(gè)信號(hào)音（較低頻率）的基帶頻率，第二個(gè)信號(hào)音頻率比第一個(gè)信號(hào)音高1 MHz。

圖3.ADRV9001的HP ADC和LP ADC的線性性能比較。

如圖3所示，HP ADC和LP ADC都具有良好的線性性能。而言，HP ADC的IIP2和IIP3性能分別比LP ADC高出約12 dB和6 dB，但HP ADC會(huì)消耗更多功率。對(duì)于HP ADC和LP ADC，用戶還可以選擇高、中、低ADC采樣率。選擇較高的采樣率可以提高噪聲性能，而且，它降低了抗混疊濾波器設(shè)計(jì)對(duì)過渡帶銳度的要求，但需要消耗更多功率，以及更快的速度處理數(shù)據(jù)。

該收發(fā)機(jī)包含兩個(gè)RF PLL，每個(gè)都驅(qū)動(dòng)自己的本振(LO)發(fā)生器。它提供兩種LO發(fā)生器選項(xiàng)，以實(shí)現(xiàn)出色的相位噪聲性能或出色的功耗性能。出色的功耗模式通過略微犧牲相位噪聲性能來降低功耗。注意：出色的相位噪聲性能選項(xiàng)僅適用于低于1 GHz的LO頻率。對(duì)于每種模式，提供具有不同的LO輸出擺幅的三種不同功耗選項(xiàng)。擺幅越大，相位噪聲性能越高，功耗也越高。

BB PLL生成所有基帶和數(shù)據(jù)端口相關(guān)時(shí)鐘。與ADC類似，BB PLL提供HP 和LP 選項(xiàng)。HP BB PLL的可編程頻率范圍為7.2 GHz到8.8 GHz，而LP BB PLL的可編程頻率范圍為3.3 GHz到5 GHz。在生成時(shí)鐘，以支持更廣泛的采樣速率方面，HP BB PLL具有更大的靈活性。當(dāng)信號(hào)采樣率大于53.33 MHz時(shí)，必須使用HP CLK PLL。在支持某些采樣率方面，LP BB PLL存在限制，但功耗較低。

接收LPF通過支持5 MHz到50 MHz的可變帶寬來衰減帶外信號(hào)。它還將基帶信號(hào)的電流轉(zhuǎn)換為電壓。在跨導(dǎo)放大器(TIA)模式下，它被配置為一階單極點(diǎn)濾波器，在雙二階(BIQ)模式下，它被配置為二階濾波器，其轉(zhuǎn)換函數(shù)中有兩個(gè)復(fù)極點(diǎn)。雖然兩種模式的帶內(nèi)性能相似，但與一階TIA模式相比，二階BIQ模式可以獲得額外的帶外衰減。圖4比較了兩種濾波器在不同f1dB配置下的仿真頻率響應(yīng)。選擇二階LPF會(huì)比選擇一階模式消耗更多功率。此外，二階LPF的帶內(nèi)噪聲比一階LPF高2.5 dB左右。對(duì)于一階和二階模式，用戶可以通過犧牲噪聲和線性性能，進(jìn)一步選擇高、中、低三種不同的功耗水平。

圖4.不同LPF f1dB配置下的一階和二階Rx LPF頻率響應(yīng)。

發(fā)射LPF是一種二階巴特沃茲濾波器，用于衰減數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)的采樣鏡像。它還將來自DAC的電流轉(zhuǎn)換為電壓，并通過對(duì)輸出執(zhí)行低通濾波來重構(gòu)模擬頻譜。與接收LPF一樣，它通過犧牲線性性能來提供高、中、低三種功耗水平選擇。

通常，配置所有組件采用最高功耗選項(xiàng)可以實(shí)現(xiàn)最佳性能。對(duì)于FDD 1T1R LTE 20 MHz配置文件，通過在發(fā)射和接收通道都處于活動(dòng)狀態(tài)時(shí)配置最高功耗選項(xiàng)，測(cè)量得出ADRV9001的總功耗約為1800 mW。注意：即使采用相同配置，測(cè)量結(jié)果也可能會(huì)因硬件和溫度而有所不同。表1顯示通過配置不同的節(jié)能選項(xiàng)所實(shí)現(xiàn)的節(jié)能量。在這個(gè)1T1R LTE 20 MHz配置文件中，接收通道1和發(fā)射通道1均已啟用，并且LO配置為900 MHz。注意：表1中每一行的數(shù)字顯示了僅啟用這個(gè)單獨(dú)的節(jié)能選項(xiàng)時(shí)可實(shí)現(xiàn)的相關(guān)節(jié)能量(mW)。例如，僅使用中等時(shí)鐘速率的HP ADC可以節(jié)省約72 mW，這是相對(duì)于啟用所有最高功耗的選項(xiàng)時(shí)的最高功耗約1800 mW而言的。

根據(jù)表1，如果應(yīng)用對(duì)性能的要求不高，通過為每個(gè)組件選擇最低功耗選項(xiàng)，在這個(gè)配置文件下，可以節(jié)省約480 mW的總功耗。注意：組件級(jí)節(jié)能選項(xiàng)大部分是靜態(tài)的，這意味著一旦在設(shè)備初始化階段進(jìn)行配置，就不能隨時(shí)對(duì)它們執(zhí)行動(dòng)態(tài)更改。HP ADC或LP ADC之間的選擇除外，它可以通過API命令隨時(shí)更改。

另一個(gè)值得一提的靜態(tài)節(jié)能選項(xiàng)與其電源域的配置相關(guān)。ADRV9001需要五個(gè)不同的電源域：1 V數(shù)字(VDD_1P0)、1.8 V數(shù)字(VDD_1P8)、1 V模擬(VDDA_1P0)、1.3 V模擬(VDDA_1P3)和1.8 V模擬(VDDA_1P8)。其中，用于為所有發(fā)射和接收通道LO電路供電的VDDA_1P0是可選的。此電源域可以使用內(nèi)部低壓差(LDO)穩(wěn)壓器供電，產(chǎn)生所需的1 V電壓。或者，它可以繞過一些ADRV9001內(nèi)部LDO穩(wěn)壓器，由外部供電，這樣，就可以通過關(guān)閉LDO穩(wěn)壓器和采用效率更高的外部電源來實(shí)現(xiàn)更高水平節(jié)能。3注意：本文中執(zhí)行的所有測(cè)量都使用內(nèi)部LDO穩(wěn)壓器為VDDA_1P0電源域供電。

通道級(jí)節(jié)能

與靜態(tài)組件級(jí)節(jié)能不同，通道級(jí)節(jié)能是動(dòng)態(tài)的，專為TDD操作設(shè)計(jì)。如圖5所示，在TDD中，發(fā)送和接收操作彼此之間時(shí)間多路復(fù)用。一個(gè)通道處于活動(dòng)狀態(tài)時(shí)，另一個(gè)通道閑置；所以，可以將其關(guān)閉，以降低功耗。與組件級(jí)節(jié)能不同，關(guān)斷閑置通道不會(huì)導(dǎo)致性能降低，但需要更長(zhǎng)的喚醒時(shí)間才能恢復(fù)正常運(yùn)行。

一種上電和關(guān)斷通道的方法是：分別使用通道使能信號(hào)(TX_ENBALE/RX_ENABLE)上升沿和下降沿。如圖5所示，被關(guān)斷的通道在對(duì)應(yīng)的使能信號(hào)上升沿開始喚醒，并且需要耗費(fèi)一些時(shí)間，才能進(jìn)入完全運(yùn)行狀態(tài)。如果有更多個(gè)通道組件關(guān)斷，則需要更長(zhǎng)的喚醒時(shí)間。用戶應(yīng)該評(píng)估，所需的喚醒時(shí)間是否滿足TDD應(yīng)用中的發(fā)射和接收通道轉(zhuǎn)換時(shí)間要求。

圖5.一般TDD操作中的通道級(jí)節(jié)能。

ADRV9001提供三種不同的通道級(jí)節(jié)能模式：模式0、模式1和模式2。每個(gè)更高的模式關(guān)斷與通道相關(guān)的額外組件，需要更長(zhǎng)的喚醒時(shí)間。表2總結(jié)了這三種模式，以及在不同的RF PLL校準(zhǔn)模式和RF PLL參考時(shí)鐘速率下大致需要的喚醒時(shí)間。

如表2所示，在更高的通道級(jí)節(jié)能模式下，會(huì)關(guān)斷額外的通道組件，這導(dǎo)致需要更長(zhǎng)的喚醒時(shí)間。默認(rèn)情況下，如果用戶沒有配置其他模式，通道節(jié)能模式0始終使能。在通道閑置時(shí)，它會(huì)關(guān)斷模擬和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)路徑組件，例如混頻器、轉(zhuǎn)換器、濾波器等。在模式0中，只能采用RX_ENABLE和TX_ENABLE信號(hào)來觸發(fā)上電和關(guān)斷。喚醒時(shí)間很短，約4.5 μs。通道節(jié)能模式1會(huì)進(jìn)一步關(guān)斷通道的內(nèi)部PLL。PLL上電時(shí)，必須重新校準(zhǔn)，使得PLL喚醒時(shí)間包含PLL上電時(shí)間和PLL校準(zhǔn)時(shí)間。ADRV9001提供兩種PLL校準(zhǔn)模式：正常模式和快速模式?？焖倌Ｊ讲荒芟裾ＤＪ揭粯?，保證在整個(gè)溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)鎖定，但它更適用于通道在短時(shí)間內(nèi)保持特定頻率的情況。如表2所示，快速模式所需的校準(zhǔn)時(shí)間比正常模式要短；因此，PLL可以更快喚醒。此外，更高的RF PLL參考時(shí)鐘速率也會(huì)降低PLL校準(zhǔn)時(shí)間。通道級(jí)節(jié)能模式2進(jìn)一步關(guān)斷PLL LDO穩(wěn)壓器和通道LDO穩(wěn)壓器，會(huì)增加固定數(shù)量的喚醒時(shí)間，用于開啟LDO穩(wěn)壓器。注意：在測(cè)量表2中顯示的喚醒時(shí)間時(shí)，使用ADRV9001 184.32 MHz標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)時(shí)鐘速率。當(dāng)使用具有任意采樣率的自定義配置文件時(shí)，系統(tǒng)時(shí)鐘速率可能會(huì)改變，并相應(yīng)改變PLL上電時(shí)間（降低系統(tǒng)時(shí)鐘速率會(huì)增加所需的PLL上電時(shí)間）。用戶可以從ADRV9001收發(fā)器評(píng)估軟件(TES)中獲取系統(tǒng)時(shí)鐘信息。

模式1和模式2可以和模式0一樣，通過RX_ENABLE和TX_ENABLE信號(hào)上升沿進(jìn)行觸發(fā)。在一對(duì)發(fā)射和接收通道共用相同的內(nèi)部PLL及其LDO穩(wěn)壓器時(shí)，如果一個(gè)通道處于激活狀態(tài)，由于PLL及其LDO穩(wěn)壓器都必須上電，因此模式1和模式2可實(shí)現(xiàn)的節(jié)能有限。當(dāng)兩個(gè)通道都閑置時(shí)，則可以實(shí)現(xiàn)更高的節(jié)能。與模式0不同，模式1和模式2也可以由預(yù)先分配的數(shù)字通用輸入/輸出(DGPIO)引腳觸發(fā)。但是，一個(gè)DGPIO引腳會(huì)上電和關(guān)斷發(fā)射和接收兩個(gè)通道。所以，只有在發(fā)射和接收通道都閑置的情況下，才能使用DGPIO引腳方法。

圖6顯示了一個(gè)使用DGPIO引腳來觸發(fā)節(jié)能模式1或模式2的示例。在本例中，整個(gè)TDD時(shí)間段被劃分為多個(gè)時(shí)間段，每個(gè)時(shí)間段由四個(gè)時(shí)隙組成。第一個(gè)是發(fā)送時(shí)隙，接著是兩個(gè)空閑時(shí)隙，最后一個(gè)是接收時(shí)隙。默認(rèn)情況下，模式0始終使能，這會(huì)關(guān)斷閑置通道。但是，在空閑時(shí)隙2和3期間，發(fā)射和接收通道都處于閑置狀態(tài)；因此，可以使用DGPIO引腳方法來觸發(fā)節(jié)能模式1或模式2，它比僅模式0更加節(jié)能。

圖6.一個(gè)使用DGPIO觸發(fā)通道級(jí)節(jié)能模式1或模式2的示例。

需要格外注意的是，DGPIO引腳方法應(yīng)始終觸發(fā)比RX_ENABLE和TX_ENABLE信號(hào)更高級(jí)別的通道級(jí)節(jié)能模式，如圖6中的示例所示。在發(fā)射和接收通道轉(zhuǎn)換時(shí)間不足，導(dǎo)致模式1和模式2無法被RX_ENABLE和TX_ENABLE信號(hào)觸發(fā)的情況下，DGPIO引腳方法有助于實(shí)現(xiàn)更多節(jié)能。

在有些TDD應(yīng)用中，一個(gè)通道可能被初始化，但在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不會(huì)使用。在這種情況下，會(huì)為用戶提供API指令來關(guān)斷未使用的通道，與模式2類似（關(guān)斷其數(shù)據(jù)路徑、PLL和LDO穩(wěn)壓器）。這會(huì)使未使用的通道進(jìn)入休眠狀態(tài)。在通道開始運(yùn)行之前，用戶可以使用另一個(gè)API命令來啟動(dòng)它，確保未使用的通道實(shí)現(xiàn)出色的通道級(jí)節(jié)能。后續(xù)章節(jié)將更深入地探討通道/系統(tǒng)狀態(tài)。

為了演示通過三種不同的通道級(jí)節(jié)能方法實(shí)現(xiàn)的節(jié)能，我們使用具有24 kSPS的DMR配置文件。在DMR手持系統(tǒng)中，電池壽命是決定用戶體驗(yàn)的關(guān)鍵因素之一。上電之后，DMR手持設(shè)備將在三種不同的狀態(tài)之間切換：發(fā)送、接收和閑置。典型的周期示例為5-5-90，這表示手持設(shè)備約5%的時(shí)間用于發(fā)送，5%的時(shí)間用于接收，剩余90%的時(shí)間處于閑置狀態(tài)。一般來說，5-5-90周期示例下的電池壽命數(shù)據(jù)應(yīng)作為重要的系統(tǒng)參數(shù)在DMR手持設(shè)備數(shù)據(jù)手冊(cè)中列出。1

由于功耗對(duì)DMR應(yīng)用至關(guān)重要，因此在組件級(jí)別采用了最優(yōu)的節(jié)能選項(xiàng)。此外，針對(duì)一對(duì)發(fā)射和接收通道，僅采用一個(gè)PLL。由于ADRV9001接收器使用中頻(IF)模式，發(fā)射器使用零中頻模式，所以從一個(gè)通道切換至另一個(gè)通道時(shí)，PLL會(huì)重新調(diào)諧。圖7描述一個(gè)通用TDD時(shí)序配置。TTX和TRX分別表示發(fā)射和接收有效時(shí)間。TIDLE1和TIDLE2表示閑置時(shí)間。簡(jiǎn)單起見，未指明喚醒時(shí)間，因?yàn)橄啾韧ǖ兰せ詈烷e置時(shí)間，它要短得多；所以，在功耗計(jì)算中無關(guān)緊要。

圖7.在使用通道級(jí)節(jié)能模式時(shí)，用于進(jìn)行功耗測(cè)量的通用DMR TDD時(shí)序配置。

表3顯示在通道級(jí)節(jié)能模式0、1和2下，在TTX、TRX和閑置時(shí)間(TIDLE1/TIDLE2)內(nèi)測(cè)得的功耗。在該測(cè)量中，LO配置為900 MHz。

在已知不同時(shí)段下的功耗之后，可以進(jìn)一步計(jì)算平均功耗：

以典型的5-5-90 DMR用例為例，在使用模式2時(shí)，平均功耗為580 × 5% + 502 × 5% + 173 × 90%，約為210 mW。

如表3所示，由于PLL及其相關(guān)LDO穩(wěn)壓器可以關(guān)斷，因此模式1和模式2在閑置時(shí)段內(nèi)可節(jié)省更多電量。但是在通道激活時(shí)間（發(fā)射或接收）內(nèi)，由于PLL及其LDO穩(wěn)壓器是兩個(gè)通道間共用，因此不能關(guān)斷；因此，只是關(guān)斷與閑置通道相關(guān)的組件，例如通道LDO穩(wěn)壓器，因此所實(shí)現(xiàn)的節(jié)能將非常有限。

系統(tǒng)級(jí)節(jié)能

如前一節(jié)所述，通道級(jí)節(jié)能模式會(huì)關(guān)斷與通道相關(guān)的組件，例如數(shù)據(jù)路徑、RF PLL和LDO穩(wěn)壓器。在發(fā)射和接收通道都處于閑置狀態(tài)時(shí)，例如處于圖6所示的場(chǎng)景下時(shí)，系統(tǒng)級(jí)組件可以進(jìn)一步關(guān)斷，以實(shí)現(xiàn)更多節(jié)能。這些系統(tǒng)級(jí)組件包括時(shí)鐘PLL、轉(zhuǎn)換器LDO穩(wěn)壓器、時(shí)鐘PLL LDO穩(wěn)壓器，以及Arm?處理器及其內(nèi)存。與通道級(jí)節(jié)能模式類似，提供三種系統(tǒng)級(jí)節(jié)能模式，更多的模式會(huì)關(guān)斷額外的系統(tǒng)組件，具體參見表4。

如表4所示，在模式1的基礎(chǔ)上，模式3關(guān)斷CLK PLL；在模式2的基礎(chǔ)上，模式4關(guān)斷CLK PLL、轉(zhuǎn)換器LDO穩(wěn)壓器和CLK PLL LDO穩(wěn)壓器。在模式4的基礎(chǔ)上，模式5進(jìn)一步關(guān)斷Arm設(shè)備及其內(nèi)存。同樣，關(guān)斷更多組件會(huì)導(dǎo)致喚醒時(shí)間延長(zhǎng)。在模式5中，喚醒所有組件需要約3.2 ms。

與通道級(jí)節(jié)能不同，系統(tǒng)級(jí)節(jié)能必須通過DGPIO引腳觸發(fā)。圖8顯示一個(gè)示例，展示在TDD操作的不同時(shí)段，如何聯(lián)合使用通道級(jí)節(jié)能和系統(tǒng)級(jí)節(jié)能來實(shí)現(xiàn)更高程度的節(jié)能。

圖8.一個(gè)聯(lián)合使用通道級(jí)和系統(tǒng)級(jí)節(jié)能功能的示例。

在本示例中，在發(fā)射和接收操作交替進(jìn)行的時(shí)段內(nèi)，用戶可以使用RX_ENABLE和TX_ENABLE信號(hào)選擇可能最高的通道節(jié)能模式。在沒有通道運(yùn)行的較長(zhǎng)閑置時(shí)段內(nèi)，用戶可以使用DGPIO引腳觸發(fā)最高的系統(tǒng)級(jí)節(jié)能模式，從而關(guān)斷更多的系統(tǒng)組件。這有助于實(shí)現(xiàn)更多節(jié)能（僅與通道級(jí)節(jié)能比較）。與通道級(jí)節(jié)能模式1和模式2中的DGPIO引腳方法類似，系統(tǒng)級(jí)節(jié)能模式中的DPGIO引腳方法只能在TX_ENABLE和RX_ENABLE信號(hào)均為低電平時(shí)使用。

表5顯示圖7中DMR用例的功耗：當(dāng)一個(gè)通道處于激活狀態(tài)時(shí)使用節(jié)能模式2，當(dāng)兩個(gè)通道都處于閑置狀態(tài)時(shí)使用三種不同的系統(tǒng)級(jí)節(jié)能模式。

與表3相比，很明顯可以看出，在閑置時(shí)段內(nèi)，使用系統(tǒng)級(jí)節(jié)能模式可以節(jié)省更多能源。以同一個(gè)5-5-90 DMR應(yīng)用為例，在使用模式5時(shí)，平均功耗進(jìn)一步降低，可以計(jì)算得出580 × 5% + 502 × 5% + 35 × 90% = 86 mW。

監(jiān)測(cè)模式

在之前的章節(jié)中，我們探討了三種不同級(jí)別的節(jié)能選項(xiàng)。要在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)出色節(jié)能，只降低ADRV9001的功耗可能是不夠的。理想狀態(tài)下，在很長(zhǎng)的閑置時(shí)段內(nèi)，只有在所有主要組件都可以關(guān)斷時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)才可以實(shí)現(xiàn)最佳節(jié)能。為了實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)，ADRV9001提供了一種監(jiān)測(cè)模式，允許ADRV9001和BBIC在整個(gè)閑置時(shí)段內(nèi)進(jìn)入深度睡眠，除了一個(gè)接收通道，該通道可以選擇性被喚醒，以定期執(zhí)行信號(hào)檢測(cè)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)有效信號(hào)時(shí)，ADRV9001立即喚醒BBIC。這樣的設(shè)計(jì)可以讓BBIC解除信號(hào)檢測(cè)責(zé)任，使其（以及系統(tǒng)中由BBIC控制的其他電路）能在整個(gè)閑置時(shí)段內(nèi)進(jìn)入睡眠狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)最高整體系統(tǒng)節(jié)能。

圖9顯示ADRV9001的簡(jiǎn)化狀態(tài)圖，以及它如何在正常操作模式和監(jiān)測(cè)模式之間轉(zhuǎn)換。

圖9.ADRV9001在正常操作模式和監(jiān)測(cè)模式下的狀態(tài)圖。

如圖9所示，在正常操作模式下，ADRV9001在上電之后，會(huì)自動(dòng)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，在該狀態(tài)下，用戶可以配置組件級(jí)節(jié)能選項(xiàng)。初始化成功后，待機(jī)狀態(tài)將切換到校準(zhǔn)狀態(tài)。如前所述，在此狀態(tài)下，可以使用API命令將未使用的通道（盡管已初始化）從校準(zhǔn)就緒子狀態(tài)移動(dòng)到休眠子狀態(tài)。從校準(zhǔn)狀態(tài)，無線電開啟指令進(jìn)一步啟動(dòng)通道，為發(fā)射和接收操作做好準(zhǔn)備，所有通道都切換到啟動(dòng)就緒子狀態(tài)。注意：這個(gè)子狀態(tài)相當(dāng)于默認(rèn)的通道級(jí)節(jié)能模式0。當(dāng)通道使能信號(hào)開啟時(shí)，通道進(jìn)一步進(jìn)入RF_ON狀態(tài)，以開始操作。如前所述，在TDD操作期間，可以使用通道級(jí)節(jié)能模式關(guān)斷閑置通道。如果使用節(jié)能模式0，將會(huì)使閑置通道從RF_ON狀態(tài)切換進(jìn)入啟動(dòng)就緒子狀態(tài)。如果使用節(jié)能模式1或模式2，將會(huì)使閑置通道從RF_ON狀態(tài)切換進(jìn)入關(guān)斷子狀態(tài)。

當(dāng)BBIC檢測(cè)到較長(zhǎng)閑置時(shí)段開始時(shí)，將會(huì)啟動(dòng)從正常操作模式向監(jiān)測(cè)模式的轉(zhuǎn)換。在監(jiān)測(cè)模式下，BBIC根據(jù)BBIC設(shè)置的配置，采用系統(tǒng)級(jí)節(jié)能模式3、模式4或模式5。ADRV9001和BBIC都進(jìn)入睡眠狀態(tài)，一個(gè)ADRV9001接收通道除外，它會(huì)選擇性地喚醒，以定期執(zhí)行信號(hào)檢測(cè)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)有效信號(hào)時(shí)，ADRV9001將喚醒BBIC，BBIC將進(jìn)一步關(guān)閉監(jiān)測(cè)模式，以恢復(fù)正常運(yùn)行。

如圖9所示，監(jiān)測(cè)模式由三種不同的狀態(tài)組成：睡眠、檢測(cè)和已檢測(cè)。睡眠和檢測(cè)周期通過定時(shí)器來控制。當(dāng)時(shí)間結(jié)束時(shí)，如果沒有檢測(cè)到有效信號(hào)，將從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一種狀態(tài)。BBIC決定定時(shí)器的設(shè)置，以及應(yīng)該從哪個(gè)狀態(tài)啟動(dòng)監(jiān)測(cè)模式。如果在檢測(cè)狀態(tài)下檢測(cè)到有效信號(hào)，ADRV9001將立即轉(zhuǎn)換到已檢測(cè)狀態(tài)，并喚醒BBIC。然后，BBIC關(guān)閉監(jiān)測(cè)模式，ADRV9001切換回正常操作模式。與系統(tǒng)級(jí)節(jié)能模式下一樣，監(jiān)測(cè)模式由DGPIO引腳觸發(fā)啟動(dòng)，因?yàn)閺母旧蟻碚f，這兩種模式非常相似，只不過監(jiān)測(cè)模式集成了信號(hào)檢測(cè)功能。實(shí)際上，ADRV9001可以通過API命令在系統(tǒng)級(jí)節(jié)能模式和監(jiān)測(cè)模式之間動(dòng)態(tài)切換。

圖10詳細(xì)描述ADRV9001和BBIC在監(jiān)測(cè)模式下，發(fā)生的相關(guān)時(shí)序事件。當(dāng)監(jiān)測(cè)模式DGPIO引腳被BBIC置位時(shí)，BBIC開始睡眠，ADRV9001將等待一個(gè)可配置的初始延遲，然后通過配置的定時(shí)器進(jìn)入睡眠檢測(cè)模式。ADRV9001可以在初始延遲期間執(zhí)行信號(hào)檢測(cè)，確保在進(jìn)入睡眠模式之前，不存在任何信號(hào)。ADRV9001的睡眠檢測(cè)模式繼續(xù)運(yùn)行，直到檢測(cè)到有效信號(hào)。然后，ADRV9001喚醒BBIC，并開始緩沖有效的接收數(shù)據(jù)，以確保BBIC在睡眠期間不會(huì)丟失任何有效數(shù)據(jù)。在BBIC完全喚醒后，它將使能接收通道，首先以預(yù)先配置的更高的接口數(shù)據(jù)速率檢索所有的緩沖數(shù)據(jù)。然后，進(jìn)一步關(guān)閉監(jiān)測(cè)模式，以恢復(fù)正常操作。注意：BBIC可以將檢測(cè)定時(shí)器設(shè)置為0，使得ADRV9001不再執(zhí)行任何信號(hào)檢測(cè)，而是由BBIC執(zhí)行信號(hào)檢測(cè)，并在檢測(cè)到有效信號(hào)時(shí)通過隨時(shí)取消置位DGPIO引腳來結(jié)束監(jiān)測(cè)模式。

圖10.監(jiān)測(cè)模式期間，ADRV9001和BBIC的時(shí)序事件。

ADRV9001提供多種信號(hào)檢測(cè)方法，以適應(yīng)不同的無線電標(biāo)準(zhǔn)，包括接收信號(hào)強(qiáng)度指標(biāo)(RSSI)、同步(SYNC)和快速傅里葉變換(FFT)。RSSI方法將接收信號(hào)電平與閾值進(jìn)行比較，以確定有效信號(hào)，所以它適用于任何類型的無線電標(biāo)準(zhǔn)。SYNC方法檢測(cè)由DMR標(biāo)準(zhǔn)定義的特定同步信號(hào)模式。FFT方法僅適用于使用FSK調(diào)制方案的標(biāo)準(zhǔn)。因此，監(jiān)測(cè)模式可以用于DMR之外的其他標(biāo)準(zhǔn)，沒有限制。

表6顯示圖7所示的DMR應(yīng)用在閑置時(shí)段內(nèi)，在監(jiān)測(cè)模式下使用不同的系統(tǒng)級(jí)節(jié)能模式時(shí)，處于睡眠狀態(tài)和檢測(cè)狀態(tài)時(shí)的功耗。

根據(jù)睡眠和檢測(cè)狀態(tài)下的定時(shí)器配置，可以確定監(jiān)測(cè)模式期間的平均功耗。雖然ADRV9001在檢測(cè)狀態(tài)下執(zhí)行檢測(cè)會(huì)比在睡眠狀態(tài)下的功耗大，但它允許BBIC在整個(gè)閑置時(shí)段內(nèi)保持睡眠狀態(tài)，從而會(huì)提高整體系統(tǒng)節(jié)能。

通過TES執(zhí)行功耗評(píng)估

本文展示的所有功耗測(cè)量都是通過ADRV9001 TES和ADRV9001評(píng)估板(EVB)進(jìn)行。有關(guān)TES和EVB的更多信息，請(qǐng)?jiān)L問 ADRV9002 產(chǎn)品頁(yè)面。TES支持Xilinx? ZC706和ZCU102 FPGA評(píng)估板。3包含監(jiān)測(cè)模式在內(nèi)的所有節(jié)能選項(xiàng)都可以在TES中配置，如圖11所示。

圖11.TES中的節(jié)能選項(xiàng)和功率監(jiān)測(cè)模式配置。

自帶說明的節(jié)能配置頁(yè)面非常易于使用。為了幫助用戶進(jìn)一步評(píng)估功耗，ADRV9001 EVB配備了一個(gè)電源監(jiān)測(cè)芯片，以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和測(cè)量功耗。在TES中，可以以30秒為間隔，詳細(xì)顯示不同電源域的功耗，如圖12所示。TES是一款強(qiáng)大的可視化工具，可以實(shí)時(shí)評(píng)估不同通道狀態(tài)下的功率性能。測(cè)量精度可達(dá)到±2.5%誤差范圍內(nèi)。

圖12.使用TES實(shí)時(shí)顯示功耗。

結(jié)論

如本文所述，ADRV9001收發(fā)器系列在組件、通道和系統(tǒng)級(jí)，以及在監(jiān)測(cè)模式下提供各種節(jié)能選項(xiàng)，能夠?yàn)樵S多關(guān)鍵任務(wù)型應(yīng)用實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展的功率和性能。了解每個(gè)節(jié)能選項(xiàng)的相關(guān)性能權(quán)衡因素，對(duì)于確定適用的系統(tǒng)節(jié)能策略至關(guān)重要。用戶可以通過ADRV9001 TES和EVB所提供的高度準(zhǔn)確且實(shí)時(shí)顯示所有電源域功耗的功能，來全面評(píng)估所有節(jié)能選項(xiàng)。

審核編輯：郭婷