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- Aktive Antenne für GuidePort -
- Spezifikation -
Version 1.4
- Vertraulich -
Wedemark, den 27. November 2000
Udo Müller,Abt. ELE
Sennheiser electronic GmbH & Co KG
Am Labor 1
30900 Wedemark
Tel.: 05130/600559
Fax: 05130/600330
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Änderungshistorie
Version Datum Bemerkung
1.0 13.01.1999 Grundspezifikation AAU
1.1 02.03.1999 Änderung der HF-Übertragungskanäle;
Modifikation des Datenaustauschs zw. DSP (CCU) und
PIC (AAU)
Änderung der Spannungsversorgung der AAU über die
CCU
1.2 15.04.1999 Änderung der Referenzfrequenz des Oszillators
Ergänzung der Baugruppenbeschreibung
Ergänzung der Schnittstellenbeschreibung
1.3 22.04.1999 Kap. 2.1.6 PIC-Controller
Kap. 3.2.2 Softwarschnittstelle CCU->AAU
1.4 27.11.2000 Kap. 3.2.2 Softwarschnittstelle CCU->AAU: Einarbeitung
der Ergänzungen von IKHF
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0 Einleitung
Die Aktive Antenne ist die von der Central Unit abgesetzte HF-Einheit zur Übertragung
digitaler Daten des Systems GuidePort im 2,4GHz ISM-Band.
1 Allgemeines
Technische Anforderungen:
• Abstrahlung von digitalen Datenstömen im ISM-Band 2,4GHz.
• Modulationsverfahren: 2-FSK mit einem Modulationsindex von
µ = 0,5...0,7
µ
=
ç
è
• Max. Sendeleistung von 10mW (= 10dBm) in Europa,
1mW ( = 0dBm ) in den USA)
über Programmierung in Stufen abzudämpfen.
• 95 Kanäle im 864kHz-Raster durch PLL programmierbar
• Verarbeitung von Daten im LVDS-Standard mit einer Datenrate von bis zu 2Mbit/s.
• Adressierbarkeit des Moduls
• Einstellung des HF-Übertragungskanals, der Sendeleistung, des MTS-Umschalters
und Verwendung einer internen oder externen Antenne über Fernspeisung durch die
Central Unit.
• Temperaturbereich: -20°C ... +55°C
• Verwendung der Aktiven Antenne als Master- und Slave-Modul
• Adressierung des Moduls über einen von aussen zugänglichen DIP-Switch
æ
ö
∆
⋅
2f
÷
f
ø
bit
mit fbit = 1,024MHz
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2 Die Baugruppen
2.1 DC/DC-Wandler
Für die Versorgung der aktiven Antenne steht auf der LVDS-Schnittstelle eine
Spannung von 15V±10% zur Verfügung. Diese Spannung wird zunächst mit einem
Schaltregler auf 5V und anschließend mit LDO-Reglern auf 3,3V für die Versorgung
der analogen und der digitalen Schaltungsteile gewandelt.
2.2 LVDS-Receiver
Der LVDS-Receiver transformiert den auf der Leitung von der CCU zur Aktiven Antenne
verwendeten LVDS-Pegel in 3,3V-Logigpegel. Diese Schnittstelle ist für die Leitungen
MTS1/RXD und MTS2 vorgesehen.
2.2 LVDS-Transmitter
Der LVDS-Transmitter tranformiert den 3,3V-Logigpegel der Signale MTS1/RXD und
MTS2 zur Weiterleitung über ein 8pol-Verbindungskabel in den LVDS-Leitungspegel
zur Ansteuerung einer weiteren Aktiven Antenne an einer Central-Unit.
2.3 MTS-Umschalter
Je nach Konfigurierung soll die Aktive Antenne den über die LVDS-Schnittstelle
übertragenen MTS1 oder MTS2 von der Central-Unit übertragen. Die Ansteuerung des
Umschalters erfolgt durch den PIC-Controller.
2.5 Datenfilter
Durch das Datenfilter soll das rechteckförmige Datensignal bandbegrenzt werden.
Diese Begrenzung des Basisbandes führt zu einer Bandbegrenzung des HF-Signals.
2.6 VCO
Der VCO erzeugt die Tragerfrequenz des verwendeten HF-Kanals. Die Einstellung der
Frequenz erfolgt durch vom Loopfilter bereinigte Phasendetektorspannund der PLL. Die
FSK-Modulation entsteht durch die Addition von Abstimmspannung mit dem band- und
amplitudenbegrenzten Datensignal.
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2.7 PLL
Mit Hilfe einer PLL wird die Sendefrequenz der Aktiven Antenne eingestellt. Für die
Übertragungskanäle 0...94 sind die Register der PLL durch den PIC zu programmieren.
Kanal Frequenz [MHz] Kanal Frequenz [MHz] Kanal Frequenz [MHz]
32 2428,704 64 2456,352
1 2401,920 33 2429,568 65 2457,216
2 2402,784 34 2430,432 66 2458,080
3 2403,648 35 2431,296 67 2458,944
4 2404,512 36 2432,160 68 2459,808
5 2405,376 37 2433,024 69 2460,672
6 2406,240 38 2433,888 70 2461,536
7 2407,104 39 2434,752 71 2462,400
8 2407,968 40 2435,616 72 2463,264
9 2408,832 41 2436,480 73 2464,128
10 2409,696 42 2437,344 74 2464,992
11 2410,560 43 2438,208 75 2465,856
12 2411,424 44 2439,072 76 2466,720
13 2412,288 45 2439,936 77 2467,584
14 2413,152 46 2440,800 78 2468,448
15 2414,016 47 2441,664 79 2469,312
16 2414,880 48 2442,528 80 2470,176
17 2415,744 49 2443,392 81 2471,040
18 2416,608 50 2444,256 82 2471,904
19 2417,472 51 2445,120 83 2472,768
20 2418,336 52 2445,984 84 2473,632
21 2419,200 53 2446,848 85 2474,496
22 2420,064 54 2447,712 86 2475,360
23 2420,928 55 2448,576 87 2476,224
24 2421,792 56 2449,440 88 2477,088
25 2422,656 57 2450,304 89 2477,952
26 2423,520 58 2451,168 90 2478,816
27 2424,384 59 2452,032 91 2479,680
28 2425,248 60 2452,896 92 2480,544
29 2426,112 61 2453,760 93 2481,408
30 2426,976 62 2454,624 94 2482,272
31 2427,840 63 2455,488
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2.8 Loopfilter
Durch das Loopfilter wird die Phasendetektorspannung bereinigt. Der DC-Wert dieser
bereinigten Spannung stellt die Schwingfrequenz des VCO´s ein. Die Grenzfrequenz
des Loopfilters muß so dimensioniert werden, daß das Modulationssignal durch die PLL
nicht ausgeregelt werden.
2.9 Additionsstelle
Die Additionsstelle kombiniert die gefilterte Phasendetektorspannung mit dem zu
übertragenden MTS-Signal. Als Ausgangssignal entsteht eine mit dem MTS-Signal
modulierte Abstimmspannug, die die FSK-Modulation des VCO´s mit dem gewünschten
Frequenzhub bewirkt.
2.10 Referenzoszillator
Der Referenzoszillator stellt die Referenzfrequenz für die PLL und die Taktfrequenz für
den PIC zur Verfügung.
Frequenz: 10,368MHz
Toleranz:
±10ppm
Pegel: 3,3V-Logigpegel
Der Quarz ist folgendermaßen spezifiziert:
Frequenz: 10,368MHz
Abgleich-Toleranz:
Temperatur-Toleranz:
±10ppm
±5ppm (0...55°C)
±10ppm (55...65°C)
Resonanz und Last: Parallesresonanz mit CL=25pF
2.11 Treiberstufe
Dem VCO folgt eine Treiberstufe, die das zu sendende ISM-Band Ausgangssignal
verstärkt.
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2.12 Dämpfungssteller
Mit dem Dämpfungssteller soll die maximal zulässige Sendeleistung der Aktiven
Antenne abgesenkt werden. Die Ansteuerung des Dämpfungsstellers erfolgt über den
PIC. Die Vorgaben für den Wert der Dämpfung werden durch den Kunden an der
Central Unit eingestellt und über die 8pol. Twisted Pair Leitung zur Aktiven Antenne
übertragen. Der Dämpfungsteller soll folgende Einstellmöglichkeiten bieten:
Europa USA
Max. Sendeleistung +10dBm (=10mW) 0dBm (=1mW)
Einstellungen des Dämpfungsstellers
(ohne Berücksichtigung der Grunddämpfung):
-3dB -6dB -10dB
-13dB -16dB -20dB
Der Dämpfungssteller kann auch als AGC-Verstärker ausgelegt werden.
Für den Einsatzbereich in den USA wird auf die Dämpfungseinstellungen -13dB, -16dB
und -20dB verzichtet
2.13 Antennenumschalter
Der Antennenumschalter schaltet zwischen der vorgesehenen internen Chip-Antenne
und einer extern anzuschließbaren 2,4GHz ISM-Band-Antenne um. Als Anschluß für
die externe Antenne wird eine 50Ω-SMA-Buchse vorgesehen.
2.14 Interne Chip-Antenne
Für den Standardbetrieb der Aktiven Antenne ist eine interne Murata-Chip-Antenne
ANCLC2R44J084AAA mit quasi omidirektionaler Richtcharakteristik vorgesehen. Im
Anhang ist das Datenblatt beigefügt.
2.15 Externe Antenne
Als Option soll eine externe gerichtete Antenne über eine 90° abgewinkelte SMA-
Buchse (50Ω) angeschlossen werden können.
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2.16 PIC-Controller
Der PIC-Controller übernimmt folgende Aufgaben:
• Kommunikation mit der Central Unit über eine RS232-Schnittstelle
• Programmierung der Register der PLL
• Umschaltung des MTS-Multiplexers
• Einstellung des Dämpfungsstellers
• Ansteuerung des Antennenumschalters
• Erkennung der über den DIP-Switch eingestellten Moduladresse
Die Taktfrequenz wird vom Referenzoszillator zur Verfügung gestellt.
Es ist darauf zu achten, dass der Controller über ein internes EEPROM verfügt, damit
die von der CCU an die AAU gesendeten Daten bei einer Stromabschaltung der AAU
nicht verloren gehen.
2.17 DIP-Switch
Über einen von aussen zugänglichen DIP-Switch soll die Moduladresse der AAU von
0...7 binär einzustellen sein. Die Abfrage der Adresse erfolgt über den PIC-Controller.
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3 Schnittstellenspezifikation
3.1 Hardware
Die Aktive Antenne ist als Master- und als Slave-Modul verwendbar. Das Master-Modul
wird direkt mit der CCU verbunden, das Slave-Modul wird über ein Jumperkabel direkt
am Master-Modul angeschlossen.
3.1.1 CCU -> AAU - Master
Die CCU wird mit der Aktiven Antenne über ein 8pol. (4x2Twisted-Pair) abgeschirmtes
Kabel verbunden. Die Kontaktierung der Kabel zur Verbindung an CCU und AAU erfolgt
über einen 8pol. geschirmten Westernstecker. CCU und AAU enthalten jeweils die
entsprechenden 8pol. geschirmten Westernbuchsen.
Anschlußbild:
MTS1/TXD(CCU)
CCU
LVDS-TX
2fach
1
2
3
4
5
6
7
8
MTS 1-
MTS 1+
MTS 2MTS 2+
+15V
HF/PIC
RXD(CCU)TXD(Akt.Ant.)
/RXD(Akt.Ant.)
S
1
2
3
4
5
6
7
8
LVDS-RX
2fach
Aktive
Antenne
Kabeleinführung
1357
2468
Ansicht der Bu von unten !
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3.1.2 AAU - Master -> AAU - Slave
Der AAU-Master wird mit dem AAU-Slave über ein 8pol. (4x2Twisted-Pair)
abgeschirmtes Jumper-Kabel verbunden. Die Kontaktierung der Kabelenden zum
Anschluß an AAU - Master und AAU - Slave erfolgt über einen 8pol. geschirmten
Westernstecker. Die AAU-Module enthalten jeweils die entsprechenden Buchsen.
Anschlußbild:
AAU-Master
LVDS-TX
2fach
1
2
3
4
5
6
7
8
MTS 1-
MTS 1+
MTS 2MTS 2+
RXD(CCU)TXD(Akt.Ant.)
MTS1/TXD(CCU)
+15V
HF/PIC
/RXD(Akt.Ant.)
S
AAU-Slave
1
2
3
4
5
6
7
8
LVDS-RX
2fach
3.2 Software
3.2.1 PIC -> PLL
Die Programmierschnittstelle zwischen dem PIC und der PLL ist dem Datenblatt der
ausgewählten PLL zu entnehmen.
3.2.2 Central Unit (CCU) -> PIC
Die Kommunikation zwischen Central Unit und PIC soll über eine RS232-Schnittstelle
erfolgen. Über diese Schnittstelle werden die Informationen über
• die Einstellung des HF-Kanals
• Auswahl interne/externe Antenne
• Einstellung der Sendeleistung
• Auswahl des zu übertragenden MTS
• HF-Träger ein- und ausschalten
von der CCU zur Aktiven Antenne übermittelt.
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Allgemein soll folgen des Übertragungsschema gelten:
Startsequenz
Adresse Befehl 1 Daten 1 Befehl 2
Befehl 3 Befehl n
Daten 3 Daten n
Daten 2
Stopsequenz
Startsequenz: Die Startsequenz zeigt dem PIC an, dass ein Konfigurations-
datenstrom übertragen wird.
Adresse: 3bit- Unteradresse des PIC´s (kann über DIP-Switch von aussen
eingestellt werden)
Befehl1: Setze die Schalter: MTS-Multiplexer
Antenne Intern/Extern
Befehl2: Setze den HF-Kanal: Kanal 0...31
Befehl3: Stelle die Dämpfung ein: 0dB, -3dB, -6dB,
-10dB, -13dB, -16dB, -20dB (min.)
Bem.: Es gibt z. B. auch Bausteine die mit 5bit in 1dB-Schritten
von 0dB...31dB relativer Dämpfung programmierbar sind.
Stopsequenz: Die Stopsequenz beendet den Konfigurationsdatenstrom.
Stuktur der Adresse:
A3 ... A0
Adresse: xxxx 0000 0 0 0...
Adresse: xxxx x111 1 ... 1 7
Struktur von Befehlen und Daten:
B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0
Start-, Stopsequenz 0 1 xxxxxx
Befehl:(B7=0) 00xxxxxxmax.63Befehle
Daten:(B7=1) 1xxxxxxxmax.7Datenbits
Struktur von Start- und Stopsequenz:
Startsequenz (16bit) 0110 1001 0101 0110 Beginn Konfigurationsdaten
Stopsequenz ( 8bit) 0111 0001 Ende Konfigurationsdaten
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Bedeutung von Befehlen und Daten:
B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0
Befehl 1: Setze Schalter 0 0 0 0 0 0 0 1
Daten 1: Schaltereinstellung 1 x x x ANT: 0 = Int.
1=Ext.
MTS: 0 = MTS1
1=MTS2
RF-Power: 0 = RF off
1=RFon
EU/US: 0 = US
1=EU
Befehl 2: Setze HF-Kanal 0 0 0 0 0 0 1 0
Daten 2: HF-Kanal 1 K6 K0 CH0: 000 0000
CH1: 000 0001
CH2: 000 0010
... CH95: 101 1111
Befehl 3: Setze Dämpfung 0 0 0 0 0 0 1 1
Daten 3: Dämpfung 1 x x D4 D0 Loss=0dB: 00000
Loss=3dB: 00011
A=6dB: 00110
... A=31dB: 11111
Timingdiagramm der Kommunikation zwischen CCU und PIC
HF/PIC
TXD/RXD
RXD/TXD
Startsequenz200ms Konfig.-Daten Stopsequenz
Startsequenz200ms Konfig.-Daten Stopsequenz
Nach der Übertragung der Konfigdaten von der CCU zur AAU bestätigt die AAU den
Empfang der Daten durch die Rücksendung. In der CCU werden die gesendeten
Konfigurationsdaten mit den bestätigten Daten verglichen. Bei Abweichung erfolgt eine
erneute Sendung der Konfigurationssequenz durch die CCU.
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3.3 Luftschnittstelle der HF-Übertragung
Die Übertragung der Daten von der Aktiven Antenne zu einem portablen Receiver
erfolgt drahtlos im ISM-Band 2,4 GHz.
Parameter Wert Einheit Bemerkung
Frequenz 2,4 - 2,4835 GHz ISM-Band USA und Europa
maximale
Ausgangsleistung
+10
≡10
0
≡1
dBm
mW
dBm
mW
Low-Power-System
Europa;
gem. ETS
USA
gem FCC-rules Part15
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