UWB芯片——NCJ29D5框架解析(一)

NCJ29D5芯片相关特性指标

NCJ29D5芯片为NXP针对汽车行业而开发的集成UWB芯片,典型应用为CCC第三代数字车钥匙的应用。其主要特性包括以下内容:

  • 兼容IEEE 802.15.4 HRP UWB PHY
  • 支持从6.0GHz到8.5GHz的SHF UWB频段,可在全球范围内使用
  • 中心频率从6.5GHz到8.0GHz
  • 可编程发射机输出功率峰值高达12 dBm
  • 128 MHz PRF模式与IEEE 802.15.4相比,可用平均TX功率翻倍
  • 针对短帧模式操作进行了优化
  • 全相干接收机可实现最大距离和精度
  • 集成所有需要的RF组件(如balun,TRX开关)
  • 电源电压1.8V到3.6V
  • 低功耗
  • 可配置限流器,适用于cell电池供电的应用
  • 数据速率为110 kbps(BRPF), 850 kbps(BPRF), 6.8 Mbps(BPRF), 7.8 Mbps(HPRF)
  • 支持双向测距和TDOA
  • IEEE 802.15.4z BPRF/HPRF UWB PHY草案,以对抗Cicada和前导码注入的距离操纵
  • 加扰时间戳序列(Scrambled Timestamp Sequence, STS)生成,符合NIST SP 800-90A
  • 集成I/Q相位和幅度失配补偿
  • 窄带干扰消除(Narrow Band Interference Cancellation, NBIC),实现良好的同信道干扰抑制
  • XO缓冲器,用于与其他设备(如UHF或BLE收发器)共享XTAL
  • ARM Cortex-M33 32 Bit处理器,55.2MHz

NCJ29D5射频子系统

射频子系统是NCJ29D5的模拟射频前端。它集成了在6.0GHz到8.5GHz频带中执行UWB数据传输和测距操作所必需的所有RF组件。

UWB芯片——NCJ29D5框架解析(一)_第1张图片

RF RX包括以下功能:

  • LNA
  • 混频器
  • 自动增益控制(AGC)
  • 抗混叠滤波器(AAF)
  • 以1GHz采样率运行的8位ADC

RF TX包括以下功能:

  • 以2GHz运行的7位DAC
  • 重建滤波器
  • 混频器
  • PA增益控制
  • PA

RF子系统还包括以下附加功能:

  • XO时钟和缓冲器
  • 浮点系统PLL(SYS-PLL)为DAC、ADC、RF-PLL和数字基带域生成时钟
  • 生成LO(Local Oscillator,本振)的浮点RF PLL(RfPll)
  • 匹配网络
  • Balun
  • TRX开关

基带子系统

射频子系统之后为基带子系统,框架如下图所示:
UWB芯片——NCJ29D5框架解析(一)_第2张图片
数字接收端通过CPU子系统进行初始化与配置。相关数字接收的逻辑以及算法处理由片内DSP芯片进行实现。基带子系统部分又分为数字接收部分与数字发射两个部分组成。

数字接收功能

  • 在数据帧的前导码阶段(SYNC)获取频率偏差与时钟偏差
  • 检测SFD分隔符(delimiter)
  • 到达时间(Time of Arrival, ToA)的测量
    • 对于安全测距应用,ToA算法基于安全训练序列(Secure Training Sequence, STS)
    • STS序列通过特定硬件生成(Tx/Rx STS Gen)
    • 对于非安全测距应用,STS不会传输,ToA算法基于SYNC段
  • 物理层Header(Physical Header, PHR)解调,(Ranging Marker为PHR的第一个chip)
  • 负载解调
  • Viterbi解码
  • Reed Solomon (RS) 解码
  • SECDED解码
  • 窄带干扰消除(NBIC)抑制带内干扰

数字发射功能

  • 卷积编码、RS编码、SECDED编码、STS序列生成、
  • 比特流生成(SYNC,SFD,STS,PHR,Payload)
  • 基于可编程FIR滤波器生成脉冲

快照单元

在数字接收与数字发送功能外,NCJ29D5还提供了快照单元实现测距相关的算法处理。
CPU软件组合基于ToA估计捕捉的时间戳(RX和TX事件触发)计算在测距协议中需要的高精度时间戳。
快照单元的主要功能

  • 精准触发延时接收(RxStart)和延时发送(TxStart)
  • 收到(RxEvent)或发送(TxEvent)一个帧后,捕获时间
  • ·唤醒DSP、CPU(WupTrigger)

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