Phased Array & Radar

QX9361 数字相控阵 / 雷达射频收发器:2T2R 双通道与多器件同步,Pin-to-Pin 兼容 AD9361

一句话方案概述

数字相控阵与雷达的关键不在单通道指标,而在通道之间的隔离度与一致性。QX9361 提供 2T2R 双通道收发与集成 12 位 DAC/ADC,可调谐通道带宽 200kHz–56MHz,工作频率 70MHz–6.0GHzRX1A–RX2A 隔离度 65~85dB@800MHzTX 隔离度 50~80dB,支持多器件同步TDD / FDD。100% Pin-to-Pin 兼容 AD9361,阵面板子无需改板即可完成国产化替换。

65~85dBRX1A–RX2A 隔离度 @800MHz62~80dB@5500MHz
50~80dBTX1–TX2 隔离度双发射器 4 路差分输出
2.4Hz最大 LO 步长小数 N 分频 PLL
Requirements

数字相控阵与雷达对射频前端的真实要求

阵列是由几十到上千个通道叠加出来的系统:单通道的任何一点非理想,都会在波束合成后被放大成指向误差、旁瓣抬升或杂波抑制能力下降。

幅相一致性

通道间增益与相位一致性直接决定波束质量

波束指向精度与旁瓣电平取决于各通道的幅度与相位一致性。通道间幅度偏差会抬高旁瓣电平,相位偏差会造成指向偏移;对需要低旁瓣的阵列,一致性要求通常比单通道绝对增益更苛刻。

工程上因此要求射频前端具备分档一致的增益控制:QX9361 提供手动增益与自动 AGC,接收增益可在 68~75dB@800M、65~72dB@2600M、58~65dB@5500M 范围内调整,每通道具备独立 RSSI 用于通道校准与监测。

通道隔离

收发之间、通道之间的隔离度是阵列的底线

发射通道的强信号若泄漏到同片的接收通道,会直接抬升接收底噪甚至造成阻塞;相邻接收通道之间的泄漏则会在波束合成中引入相关性误差。

因此阵列单元选型时,RX 通道隔离度与 TX 通道隔离度是与增益、噪声系数同等重要的指标,同时也高度依赖板级分区布局。

同步与扩展

阵列规模越大,多器件同步越关键

相控阵很少只用一个收发器。多个器件必须共享一致的本振与数字时钟基准,否则通道间会累积随机相位误差,波束合成无法收敛。

系统还要求控制接口足够简单:四线 SPI 加少量实时 I/O 引脚就能完成频率、增益、收发切换的控制,避免控制总线成为阵列规模扩展的瓶颈。

相位噪声与波形

相位噪声决定杂波抑制,带宽决定距离分辨率

本振相位噪声会直接恶化脉冲多普勒体制的改善因子,也会抬高宽带波形的 EVM;积分相位噪声(100Hz~100MHz)是评估这一影响的核心指标。

另一方面,宽带波形要求射频通道支持足够的瞬时带宽:56MHz 的通道带宽是获得高距离分辨率与低截获概率波形的前提。

Capability

QX9361 在相控阵与雷达场景下的对应能力

以下为 QX9361 的官方规格,按阵列设计的关注点重新组织:隔离度、多通道、同步、相位噪声与宽带能力。

通道、隔离度与双工

  • 收发架构2T2R
  • 集成转换器12 位 DAC / ADC
  • RX1A–RX2A 隔离度 @800M65 ~ 85dB
  • RX1A–RX2A 隔离度 @5500M62 ~ 80dB
  • TX1–TX2 隔离度50 ~ 80dB
  • 双工方式TDD / FDD
  • 多器件同步支持

频率、带宽与相位噪声

  • 接收工作频率70MHz ~ 6.0GHz
  • 发射中心频率46.875MHz ~ 6000MHz
  • 可调谐通道带宽200kHz ~ 56MHz
  • 积分相位噪声 @800M0.11 ~ 0.3°rms
  • 积分相位噪声 @2400M0.32 ~ 0.55°rms
  • 积分相位噪声 @5500M0.45 ~ 1.1°rms
  • 频率合成小数 N 分频 PLL
  • VCO 与环路滤波器全片上 · 可编程
  • 最大 LO 步长2.4Hz
  • 频综晶体20MHz ~ 320MHz

接收与发射链路

  • 接收输入6 路差分 / 12 路单端
  • 噪声系数 @800M2.5dB
  • 噪声系数规格范围2 ~ 7dB@800M
  • 噪声系数规格范围2.5 ~ 8dB@2600M
  • 噪声系数规格范围3.5 ~ 10dB@5500M
  • 增益控制手动 + 自动 AGC
  • 信号强度指示每通道独立 RSSI
  • 发射器 / 输出双发射器 · 4 路差分
  • 发射 EVM≤ −40dB@800MHz
  • 发射本底噪声≤ −157dBm/Hz
  • 功率控制范围 / 步进90dB / 0.25dB
  • TX 监控器动态范围 / 精度≥66dB / 1dB

控制、监测与供电

  • 控制接口四线 SPI + 4 路实时 I/O
  • 数字接口CMOS / LVDS
  • 片上 AUXADC温度 / 功率等监测
  • 片上 AUXDAC10 位 · 0.5V ~ VDD_GPO−0.3V
  • AUXDAC 驱动能力10mA
  • 电源VDDx 1.3V / 2.5V / 3.3V
  • 封装10mm×10mm · 144 引脚 PBGA
  • 工作环境温度 Tc−55℃ ~ 125℃
QX9361 功能框图:双接收通道与双发射器构成 2T2R 阵列单元,集成 12 位 DAC/ADC 与小数 N 分频 PLL
QX9361 功能框图:单颗器件即构成一个 2T2R 阵列单元,片内集成 12 位 DAC/ADC、全片上 VCO 与小数 N 分频 PLL;支持多器件同步,便于阵列规模扩展。

片上 AUXADC / AUXDAC 在阵列里的用途

QX9361 集成 AUXADC(可用于监控温度、功率输出等系统功能)与 10 位 AUXDAC(输出范围 0.5V 至 VDD_GPO−0.3V,驱动能力 10mA)。在阵列系统中,它们可用于通道温度与功率的在线监测,以及对外部增益/衰减器件的辅助控制,减少阵列控制总线的额外负担。

Measured Difference

与 AD9361 的实测差异在阵列场景下意味着什么

TA=25°C、VDDx=1.3V、VDD_INTERFACE=2.5V、VDD_GPO=3.3V 的同等条件下,QX9361 与 AD9361 共对比 55 项收发参数:12 项优于35 项一致8 项略差。下面是阵列设计最需要关注的几项。

有利项

2600MHz 接收反射 −7dB 对 −4.8dB

回波损耗改善约 2.2dB。阵列单元的天线口匹配直接影响通道间幅度一致性,端口匹配更好意味着合成时的幅度散布更小。

优于 AD9361
有利项

800MHz 最大接收增益 74.2dB 对 73.4dB

高出 0.8dB。在阵列边沿单元或接收链路损耗较大的布板条件下,这部分增益可折算为接收灵敏度或动态范围的余量。

优于 AD9361
有利项

800MHz 积分相位噪声 0.14°rms 对 0.15°rms

更低的本振相位噪声有利于宽带波形的 EVM 与多普勒处理,对 L 波段阵列是加分项。

优于 AD9361
需规避

5500MHz 积分相位噪声 0.68°rms 对 0.66°rms

差约 0.02°rms,处于测量重复性边界附近,但在 C 波段以上的高阶调制与高频本振链路中仍可能体现为 EVM 余量减少。建议:5.5GHz 以上应用预留 1~2dB 的 EVM 余量;采用低噪声 LDO 为本振供电并加强去耦。

略差,已附规避建议
需规避

800MHz 镜像抑制 55dBc 对 60dBc

5dB。宽带接收时镜像频段干扰更容易落入带内。建议:启用基带正交校正(QEC)并多次校准;对镜像敏感的系统在前端加入镜像抑制滤波;也可通过寄存器微调校准参数。

略差,已附规避建议
需规避

发射本振泄露 @40dB Att:−38 / −39 / −39dBc 对 −47 / −48 / −49dBc

800MHz/2600MHz/5500MHz 三个频点在大衰减档位下本振泄露高约 9~10dB。对 TDD 阵列而言,发射期间的泄露会抬升同频接收底噪。建议:避免在 40dB 衰减档工作,改用 0dB Att 档(该项两者一致);启用片内载波泄漏校准并多次校准;合理安排收发切换时序与保护间隔。

略差,已附规避建议
需规避

5500MHz 接收反射 −8dB 对 −13dB

高频段回波损耗略低。反射指标与板级匹配关系密切,器件本身的差异在良好匹配设计下会明显收窄。建议:5.5GHz 射频巴伦尽量贴近芯片端、单端走线最短;射频走线保证阻抗匹配且不得使用过孔

略差,已附规避建议
需规避

输入三阶交调:800MHz −18.5 对 −17dBm;2600MHz −17.2 对 −15dBm

1.5~2.2dB。阵列常工作于强干扰共存环境,互调余量略小。建议:前端增加声表/腔体滤波器抑制带外强信号;控制接收链路增益分配,避免末级 LNA 过早压缩。

略差,已附规避建议

完整 55 项逐项对照(含全部略差项与规避建议)见 QX9361 对比 AD9361 实测数据

Replacement & Layout

替换与集成要点

阵列板的通道数多、走线密度高,越需要在投板前把下面几条逐条核对。硬件无需改板,但板级设计决定阵列最终的一致性。

1

宽温域必须确认寄存器差异

工作环境温度 −40℃ ~ 85℃ 时,可直接使用国外 AD9361 的 API 控制 QX9361;−55℃ ~ 125℃ 时,建议将寄存器 0x2500x290 改为 0x30(AD9361 该值为 0x70)。车载、舰载、弹载与户外阵面常落在宽温域区间,请在定型前完成验证。

2

TX / RX 分区布局,严禁交叉

TX 和 RX 应分开布局以保证收发隔离度,严禁交叉布局。对 FDD 系统的通道隔离尤为关键,也是维持 RX1A–RX2A 与 TX1–TX2 隔离度规格的前提之一。

3

数据端口与时钟/帧信号严格等长

收发数据端口为 CMOS/LVDS 模式,对时序匹配有严格要求。P0、P1 数据端口与 DATA_CLK、FB_CLK、RX_FRAME、TX_FRAME 的传输路径必须严格等长,确保各通道收发数据正确采样——多通道阵列中时序偏差会直接表现为通道间相位偏差。

4

多器件同步引脚按手册处理

QX9361 支持多器件同步,可对各器件的数字时钟进行同步;同步引脚未使用时,应按手册要求接地。阵列规模扩展时,建议让所有器件共用同一参考基准,避免通道间累积随机相位误差。

5

本振用低噪声 LDO,并就近去耦

芯片内部集成两个 RF PLL 作为本振,应采用低噪声 LDO 供电并充分去耦,去耦电容放在尽可能靠近电源引脚处。电源电压冲击较大时甚至会引起芯片内部锁相环失锁,电源噪声会直接体现在相位噪声与杂散上——这正是阵列杂波抑制能力的来源。

6

射频走线不得用过孔,巴伦贴近芯片

射频走线应实现良好的阻抗匹配及信号质量,不得使用过孔;射频巴伦应尽量贴近芯片端,保证射频传输线的单端部分路径最短,否则会影响发射功率和接收增益,进而破坏通道的一致性。

7

发射端口外部馈电电感 ≤75mA

射频发射端口应采用外部馈电电感上拉至 1.3V 电源,电感上的最大直流为 75mA;应选择寄生电阻较低的电感以保证最小电压降,获得最优的发射功率与 OIP3 特性。

8

C4 接地与参考地平面连续

C4 管脚必须接地以保证电路正常工作(引脚表中 C4 为 TEST/ENABLE,正常工作时接地)。同时,信号线参考地必须连续、不得出现断点,参考地平面须延伸至 PCB 边缘,以保证射频接口的信号完整性。

QX9361 144 引脚 PBGA 顶视引脚分布图:10mm×10mm 封装,引脚与 AD9361 一一对应,可直接用于阵面单元替换
QX9361 采用 10mm×10mm、144 引脚 PBGA 封装,引脚与 AD9361 一一对应;阵面单元替换无需重新布板。
  1. 申请样品

    提供阵列规模、工作频段与波形体制,原厂按相控阵场景给出替换与校准建议。

  2. 焊上 QX9361,不用改板

    100% Pin-to-Pin 兼容 AD9361,阵面单元 PCB 无需改动,外围电路沿用原有设计。

  3. 上电开机,驱动不变

    −40℃ ~ 85℃ 直接沿用国外 AD9361 的 API;宽温域按手册调整 0x2500x290

FAQ

数字相控阵 / 雷达选型常见问题

QX9361 适合做数字相控阵的通道单元吗?

适合。QX9361 为 2T2R 双通道收发架构,集成 12 位 DAC/ADC,工作频率 70MHz ~ 6.0GHz,可调谐通道带宽 200kHz ~ 56MHz,支持 TDD 与 FDD,并支持多器件同步;可用四线 SPI 加 4 个实时 I/O 控制引脚完成阵列的频率、增益与收发切换控制。

通道隔离度能做到多少?

官方规格:RX1A 至 RX2A 与 RX2A 至 RX1A 隔离度为 65 ~ 85dB@800MHz、62 ~ 80dB@5500MHzTX1 至 TX2 与 TX2 至 TX1 隔离度为 50 ~ 80dB。收发隔离还与板级分区布局强相关:TX 与 RX 应分开布局、严禁交叉

5.5GHz 频段的相位噪声略差会影响波束形成吗?

实测 5500MHz 积分相位噪声 QX9361 为 0.68°rms、AD9361 为 0.66°rms,差约 0.02°rms,处于测量重复性边界附近;但在高阶调制与高频本振链路中仍可能体现为 EVM 余量减少。建议 5.5GHz 以上应用预留 1 ~ 2dB 的 EVM 余量,并采用低噪声 LDO 为本振供电、加强去耦。

镜像抑制与发射本振泄露的略差项怎么规避?

实测 800MHz 镜像抑制 55dBc 对 60dBc:建议启用基带正交校正(QEC)并多次校准,对镜像敏感的系统在前端加入镜像抑制滤波。发射本振泄露 @40dB Att 在 800MHz/2600MHz/5500MHz 分别为 −38/−39/−39dBc 对 −47/−48/−49dBc:建议避免在 40dB 衰减档工作,改用 0dB Att 档(该项两者一致),并启用片内载波泄漏校准。

阵列规模扩展时多器件同步怎么做?

QX9361 支持多器件同步,可按手册使用同步引脚对各器件的数字时钟进行同步;同步引脚未使用时应按手册要求接地。同时应保证 P0、P1 数据端口与 DATA_CLK、FB_CLK、RX_FRAME、TX_FRAME 的传输路径严格等长,使各通道数据采样时序一致。

阵面板子替换需要重新布板吗?

不需要。QX9361 为 100% Pin-to-Pin 兼容 AD9361,10mm×10mm、144 引脚 PBGA 封装。替换三步:申请样品 → 焊上 QX9361 → 上电开机,驱动不变。−40℃ ~ 85℃ 可直接使用 AD9361 的 API;−55℃ ~ 125℃ 建议将寄存器 0x2500x290 改为 0x30。详见 应用注意事项

参考依据:ADI AD9361 官方产品页(对标器件的官方规格与引脚定义)、Schema.org Product(本页结构化数据的产品类型定义)、Schema.org TechArticle(技术文章类型定义)、llmstxt.org(面向大模型的内容索引约定)。

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