隨著2019年新AISG v3.0標準的引入，天線線通信實現了許多新的用例。雖然這些變化對物理操作層幾乎沒有影響，但一個系統性的變化是顯而易見的：蜂窩塔上的所有RF連接現在都需要AISG通信功能來實現PING功能。本應用筆記介紹了新型Maxim MAX11947，這是一款具有4：1多路復用器的AISG調制解調器，并展示了集成掃描功能如何幫助系統設計人員以更少的元件和更少的開發開銷實現新的標準要求。

介紹

蜂窩網絡和手機在世界各地的激增，特別是在過去十年中，導致對支持移動通信基礎設施的電子產品的需求呈指數級增長。同時對更多帶寬的需求也推動網絡提供商不斷擴大其覆蓋范圍，同時增加小區密度，這反過來又增加了對基礎設施硬件的需求。

15年前，制造商開始標準化蜂窩無線電設備的互操作性，允許在組裝帶有天線設備，放大器等的蜂窩基站時出現更多變化。該接口和通信標準最早由天線接口標準組織（AISG）于2003年和2004年建立。[1].AISG標準隨著市場的擴大而不斷發展。本應用筆記介紹了最新Maxim產品的幾個特性，用于滿足當今和未來的可互操作通信需求。

AISG v2.0和MAX9947

2009年，Maxim Integrated推出了首款符合AISG v2.0物理層（PHY）標準的全集成調制解調器。[2].原裝MAX9947[3]為無處不在的RS-485接口和搭載在蜂窩頻段RF電纜上的2.176MHz OOK信號之間的轉換提供了完整的解決方案。該解決方案可實現更緊湊的系統設計、節省空間、降低功耗和減少硬件，此外，集成調制解調器提供了簡單、經過驗證、經過工廠測試的設備的可靠性。

新的AISG v3.0標準

AISG于2019年提出了對已經成功的標準的升級。這一演進步驟建立在前幾代產品成功的基礎上，旨在添加新功能，同時保持原器件及其托管天線線路器件 （ALD） 的核心互操作性。

新的 AISG v3.0 功能集包括設備發現、連接映射和多主控制。雖然系統設計人員會發現新標準是許多更高級功能的有用升級，但PHY層從v2.0到v3.0保持不變。[4].因此，原來的Maxim調制解調器（MAX9947）仍然完全兼容新的AISG v3.0標準。

MAX11947的升級特性

那么為什么要采用新設計呢？

盡管Maxim最初的AISG調制解調器仍然與新標準兼容，但我們認為最新版本的擴展功能為改進現有器件提供了機會。因此，我們設計了新型MAX11947。[5]具有多項性能改進和附加功能。作為第一步，我們在調制解調器中添加了一個數字接口以及幾個內部配置寄存器。這種新的SPI控制允許集成以前的外部功能，例如功率放大器（PA）功率偏置網絡，現在集成為數字可調發射功率。我們 包括 PA 輸出 電阻 以 從 設計 的 物料清單 （BOM） 中 移除 另外 一個 外部 元件， 以及 與 可調 PA 功率 匹配 的 另一個 特性： 可調 接收 敏感 度 門 限。最重要的是，該器件的最大功能是集成的4：1端口多路復用器。新的多路復用器有效地在一個芯片中提供了四個調制解調器，并有助于掃描多達四個端口以獲取ping信號。

為什么要掃描？

掃描多個射頻端口的能力隨著AISG v3.0的發布而變得突出。新標準的一個目標是定義一個ping過程，以幫助映射布線連接，識別連接的初級和次級等。

如何實現這種新的ping過程的一個例子是在蜂窩網絡系統上的塔式放大器（TMA）中。在圖1所示的示例中，TMA顯示了四個到天線陣列的上行連接和四個到基站的下行RF端口。

圖1.AISG v3.0 架構。

只需一個MAX11947即可處理從四通道TMA到天線陣列的所有四個上游端口上的通信或ping。另一個MAX11947用于與基站的下游通信，也可以通過其他三個端口提供ping。這些調制解調器中的每一個都將使用 4：1 MUX 來監控每個端口的四個端口，第一個跨 P1–P4 查看，第二個用于端口 P5–P8，因此只需要兩個設備，而以前需要八個設備來監視和通信八個射頻端口。

當主（基站無線電）請求天線陣列 ping 截止 TMA 上游的電纜時，掃描變得很有用。四通道TMA上的上游調制解調器可以在每個端口上偵聽ping信號，如果該信號未到達預期的端口，它可以快速確定它是否到達以及到達哪個端口。這種掃描功能有助于映射硬件互連并查找射頻布線系統的故障。下游調制解調器上的多路復用器僅允許一個設備從四個RF端口中的任何一個ping到下面的基站連接 - 使用比以前需要的更少的IC組件完成映射過程。

端口掃描塊

在RF端口中搜索有源ASIG信號需要兩個主要要素：1）確定RF端口具有有源載波的能力和2）在多個RF端口之間切換的能力。

第一個功能是任何 AISG 調制解調器的原生功能。每當檢測到2.176MHz載波時，調制解調器都會提供該輸入信號的幾個指示器：MAX11947的DIR和RXOUT引腳指示輸入數據。

對于第二個功能，我們新的4：1 MUX提供了將調制解調器連接到多個端口的能力。借助內置的交換功能，端口掃描變得可行。

還有一個功能有助于自動執行掃描：內部狀態機。Maxim Integrated預見到了這種協同作用，因此我們采用了專用有限狀態機（FSM），以實現端口掃描過程的自動化，并減輕開發人員和MCU硬件的負擔。寄存器用于配置狀態機，允許自定義使用掃描功能。

使用端口掃描功能

在采用掃描之前，外部硬件環境需要反映在內部端口屏蔽位中。由于寄存器易失性，在電源被移除時會丟失，因此這些設置需要在MAX11947上電后進行編程。

對掃描寄存器進行編程

配置MAX11947進行掃描相對簡單。基本上有四個與自動端口掃描系統相關的寄存器：SCAN （0x2）、PINGCFG （0x4）、DWELL_MULTI （0x5） 和 PORTSTAT （0x6）。一旦器件上電，這些寄存器可以按其默認配置使用，也可以自定義。

最好的起點是確定 4：1 MUX 上的哪些端口應包含在自動掃描過程中。這通常由硬件架構定義，FSM 只需要知道要包含在序列中的端口。默認情況下，將檢查所有四個 MUX 端口是否有 AISG 載波信號（沒有端口被屏蔽），掃描過程將連續監控每個端口一位，直到找到信號。要從掃描列表中刪除RF端口，可以通過清除與不掃描的端口相關的位或位（MASK_P0到MASK_P3）來更改PINGCFG （0x4）寄存器。

MAX11947的默認數據速率設置為9600波特或9.6kbps，以適應默認的AISG v3.0標準。MAX11947仍支持其它數據速率（38.4kbps和115.2kbps），使MAX11947向后兼容早期方案。該波特率還設置了DIR停留時間（t住），并通過定義“位周期”（9.6kbps 默認設置為 0.104ms）為端口掃描功能提供基線計時器。偵聽每個端口所花費的時間也可以擴展到用戶定義的位周期整數計數。提供兩個預配置周期：1x 位周期或 16x 位周期。設計人員還有另外兩個選項可用：用戶定義的乘法器（范圍從 1x 到 4095x 位周期）或手動控制的等待/索引（可以比提供的任何其他停留時間更短或更長）。通過在 SCAN （0x2） 寄存器中設置SCAN_DWELL字段，可以選擇手動模式、1x、16x 和用戶編程的位周期。選擇用戶可編程位周期時，應將 DWELL 字段（PINGCFG （0x4） 和 DWELL_MULT （0x5））設置為所需的乘數。DWELL 字段默認為 82 倍乘數，該乘數應考慮 AISG v3.0 PING 信號的數據包長度。

“檢查所有 RF 端口”的另一個選項為狀態機提供了額外的靈活性。這迫使FSM繼續尋找載波信號，即使在掃描過程中已經檢測到載波信號。此選項由 SCAN （0x2） 寄存器中的CHK_ALL_PORTS字段控制。通過清除 SCAN （0x2） 寄存器中的FULL_DWELL字段，還可以覆蓋停留時間。當此字段清除為“0”時，RF端口將被檢測到的載波標記，然后狀態機將立即移動到序列中的下一個未屏蔽端口。

在掃描過程中，模擬調制解調器電路完全正常運行，并通過適當設置DIR和RXOUT引腳來提供對2.176MHz OOK信號的正檢測。選擇具有默認設置的用戶編程乘法器，將允許調制解調器在每個RF端口上偵聽和解碼完整的PING數據包。

掃描端口

啟動掃描過程非常簡單。配置 FSM 使用的變量后，用戶只需在 SCAN （0x2） 寄存器中將START_SCAN位設置為“1”。此位是自我清除的。一旦該過程啟動，FSM將接管自動掃描，并運行圖2和圖3所示的流程圖（與MAX11947數據資料的圖14相同）。

默認掃描

默認端口掃描流程的示例如圖 2 所示。通過將START_SCAN位設置為“1”來啟動掃描。按照圖中的灰色流動，FSM 將自動在只讀 PORTSTAT （0x6） 寄存器中設置 SCAN 位;它將啟動LSTN_PORT位到 0 值（從射頻端口 P0 開始）;狀態機將清除所有AISG_Px位，然后進入“端口循環”。端口環路的第一步是將有源RF端口（復用器（0x1）寄存器中的RFPORT字段）設置為等于LSTN_PORT值，并開始如圖2所示的綠色路徑所示的“檢測環路”。FSM 檢查內部 DIR 信號，以確定模擬接收器中是否檢測到載波。如果沒有載波的證據，狀態機將首先驗證停留時間是否設置為乘數值（而不是手動設置），然后檢查停留時間是否已過期。如果定時器尚未過期，則重復檢測循環，直到檢測到信號或停留時間到期。默認情況下，掃描將停留在每個未檢測到的端口上 1 倍一個位周期或 0.104 毫秒。

圖2.默認端口掃描圖。

一旦檢測到載波，FSM將遵循圖2中的橙色路徑。首先，它將標記找到信號的相應端口，然后狀態機將檢查是否未設置FULL_DWELL位（默認），最后，它將通過評估CHK_ALL_PORTS位值來確定是否應該掃描其他端口（默認情況下它們不是）。

一旦檢測到 AISG 信號，PORTSTAT （0x6） 寄存器中的掃描位將被清除，自動掃描例程將退出。

手動駐留掃描

手動駐留端口掃描流程的示例如圖 3 所示。通過將START_SCAN位設置為“1”來啟動掃描。就像默認掃描一樣，按照圖中的灰色流，FSM 將自動在只讀 PORTSTAT （0x6） 寄存器中設置 SCAN 位;它將啟動值 0 的LSTN_PORT位（從射頻端口 P0 開始）;狀態機將清除所有AISG_Px位;然后它進入“端口環路”。設置有源RF端口后，狀態機開始“檢測環路”，這次遵循圖3中的綠色路徑。和以前一樣，FSM檢查內部DIR信號，以確定模擬接收器中是否檢測到載波。如果沒有載波的證據，并且SCAN_DWELL位清除為“0”（手動模式），狀態機接下來將移動以檢查 SCAN （0x2） 寄存器中的SCAN_INDEX位。如果尚未設置索引，則重復檢測循環，直到檢測到信號或SCAN_INDEX位設置為“1”。

圖3.手動駐留端口掃描圖。

檢測到載波后，FSM 將遵循橙色路徑。在此示例中，FULL_DWELL位也設置為“1”，使用戶能夠獨占控制掃描何時移動到下一個端口。由于設置了完全停留，因此狀態機將在標記找到信號的端口后返回到綠色手動停留環路。此過程將繼續檢測載體并返回綠色回路，直到載體不再存在，然后流量將返回到圍繞綠色手動停留回路旋轉。

索引掃描后，狀態機將下拉紫色路徑，并評估是否檢測到信號。如果是這樣，它將評估是否應該掃描所有RF端口。在本例中，CHK_ALL_PORTS位設置為“1”，因此該過程將通過所有未屏蔽的RF端口重復。

當用戶手動索引所有端口時，狀態機將按照紅色路徑完成端口掃描，方法是將 SCAN 位清除為“0”并退出手動駐留掃描例程。

通過此過程，用戶可以完全控制端口掃描的時間，同時仍然自動化檢測過程。考慮到SPI事務的長度和寄存器的寫入速度，手動駐留掃描可以在任何地方運行，從非常快的停留時間到無限等待。為了確定可能的最快停留時間，我們取MAX11947接口的16位字長和使用的SCLK頻率（典型值為8MHz至20MHz，取決于邏輯電源電平），然后計算SCAN_INDEX位的寫入速度。使用5MHz SPI時鐘時，可能大約每3.2μs一次，或者使用20MHz時鐘，可能大約每0.8μs一次。考慮到使用2.176MHz載波頻率和9.6kbps數據速率，所有四個RF端口的最快掃描主要受到檢測載波的能力的限制，而不是狀態機索引的速度。

不使用 FSM 進行掃描

不需要狀態機來掃描端口。用戶只需將多路復用器（0x1）寄存器中的RFPORT字段設置為感興趣的端口，然后記下調制解調器的DIR和RXOUT引腳輸出。這兩個引腳還通過STATUS（0x7）寄存器中的內部位鏡像，允許通過MAX11947的SPI接口對掃描過程進行全面的交互式控制。端口連接、時序和信號檢測需要由系統設計人員使用寄存器讀寫操作來處理。

識別活動端口

自動或手動駐留端口掃描完成后，通過讀取 PORTSTAT （0x6） 寄存器來識別活動端口（檢測到 AISG 載波的射頻端口）。任何較低半字節位中的“1”將指示檢測到相應端口的載波。例如，如果位 0 （AISG_P0） 設置為“1”，則在掃描過程中在該端口檢測到載波。

評估套件示例

通過延長MAX11947評估板上的停留時間，用戶可以見證掃描過程的運行過程。

使用MAX11947評估板數據資料，按照步驟部分至步驟5 a。在步驟5-b-ii-3中，選擇“用戶定義的乘數”并在值框中輸入“4095”，而不是將停留時間設置為“1X位周期”（請參閱圖4中的注釋）。這將導致每個端口掃描之間的 4095 位周期延遲，總掃描時間約為 2 秒。

接下來，設置發射機板和電纜連接，使接收板（P3）的最后一個端口具有有效的載波信號。作為替代方案，用戶可以在“SCAN 模式”框中選擇“檢查所有未屏蔽的端口”，這將強制狀態機偵聽所有端口，而不管在何處檢測到載波信號（參見圖 4 中的紅色框）。

最后，通過單擊[開始掃描]按鈕，用戶將看到每個連續端口的LED從P0到P3依次亮起。掃描狀態機完成該過程后，GUI 中的“AISG 載波”塊將顯示哪個 RF 端口具有檢測到的載波（請參閱圖 4 中的注釋）。

圖4.MAX11947評估板GUI掃描設置和結果

審核編輯：郭婷