RTL-SDR（RTL-2832）的模拟前端硬件结构分析 | 码农家园

RTL2832U

DVB-T COFDM DEMODULATOR + USB 2.0

General Description

The RTL2832U is a high-performance DVB-T COFDM demodulator that supports a USB 2.0 interface. The RTL2832U is compatible with NorDig Unified 1.0.3, D-Book 5.0, and EN300 744 (ETSI Specification). It supports 2K or 8K mode with 6, 7, and 8MHz bandwidth. Modulation parameters, e.g., code rate, and guard interval, are automatically detected.

The RTL2832U supports tuners at IF (Intermediate Frequency, 36.125MHz), low-IF (4.57MHz), or Zero-IF output using a 28.8MHz crystal, and includes FM/DAB/DAB+ Radio Support. Embedded with an advanced ADC (Analog-to-Digital Converter), the RTL2832U features high stability in portable reception.

The state-of-the-art RTL2832U features Realtek proprietary algorithms (patent-pending), including superior channel estimation, co-channel interface rejection, long echo channel reception, and impulse noise cancellation, and provides an ideal solution for a wide range of applications for PC-TV, such as USB dongle and MiniCard/USB, and embedded system via USB interface.

本设计使用来自德州仪器的额超低噪声线性电源芯片TPS7A4701。在之前的项目中由于供电问题导致接收到的信号质量差；这款芯片支持宽电压输入，输入电压范围在+3V 至 +36V。输出造成极低，使用示波器无法看出纹波，并且最大出书电流可以达到1A，满足之前设计的低噪声放大器使用。本作品还具有输出电压可编程的特点。

本设计使用R820T作为主要元器件，该芯片内置低噪声放大器、混频器、自动增益、锁相环等。使用该芯片可以将射频25MHz-1700MHz的射频信号下变频到中频3.57MHz。方便使用低采样率的模数转换器采集射频信号。

使用射频信号源产生300MHz的射频信号，Vpp为100mVpp，(Pass:输入太大导致输出波形已经失真，主要原因是我将R820T2的低噪声放大器的增益设置为最大，大家在测试时可以根据需求配置)

在输出端可以看到中频信号为3.57MHz。信号虽然失真，但是其效果已经达到了，此模块在长时间的工作之后会发热严重，需要做好散热，要不然芯片内部的PLL会因为温度的变化导致输出频率不稳定。

芯片内部的原理如下，中频为3.57MHz和示波器测量到的效果一致，由于芯片输出为IQ分量输出，我使用了巴伦将信号从双端转化成单端。方便示波器测量。

当天线输入信号后，首先由板上的tuner预处理信号，因为RT2832芯片是没有射频前端的，故需要一块调谐器对射频信号进行预处理。tuner即调谐器，在图中所示的R820T芯片具有LNA（低噪放）、BPF（带通滤波器）、mixer（混频器）、VGA（可变增益放大器）等block对信号进行预处理，所有block均可通过I2C总线寄存器控制，而其I2C总线连接到RT2832芯片的I2C总线上，与2832内置的解码器等公用一个总线，在最初没有瑞立芯片手册的时候，国外的大神就是通过这根总线解码到的数据，对寄存器进行穷举从而逆向破解的，实在是非常的厉害。
tuner有一个非常重要的作用即对信号进行下变频。RT2832芯片的内置ADC支持不同的IF带宽（6、7、8M）（DVB-T的OFDM所需求的），不同的IF频率（4.57/36.157M）以及零中频结构输入，所以可以看到在R820芯片中存在一个混频器对信号进行下变频。在我们所见的这副图中所存在的信号链，我们使用4.57M的信号作为其IF信号。我们直接将调谐器输出的信号输入到了2832芯片的I通道中，但是没有Q通道，这是完全正确的，可是这样如何进行IQ解调呢？因为在2832内部存在一个下变频到基带。

可以看到其内部还有一个数字下变频结构存在于IF信号向基带信号转换的过程，这也就解释了为何2832支持单独使用I/Q通道而不影响电视信号的解调。之所以有单通道输入或者零中频结构输入这两种模式可以切换，是因为有的调谐器内置了零中频的转换器，比如之前表格中所提到的Elonics E4000调谐器，在下图所示的内部结构图中，可以清晰的发现零中频结构。这种tuner输出的信号就可以使用零中频输入方式输入到RT2832中。

RTL2832芯片其实有两路28.8M采样率的ADC，但是在内部又经过了一次数字的下变频(对于低中频前端)和重采样，导致SDR模式实际上最多只能输出2.56M采样率的I/Q信号

 RTL2832U包含一个8051内核，该内核用于处理 I2C传输，红外接收器之类的USB控制功能，以及一个处理批量传输的硬件先入先出队列（FIFO。因此8051内核是不会对采样样本做任何处理的，而是发送到计算机做处理。这也是我们能使用它作为SDR的一个重要突破口。
因为RTL2832本身是一块用于DVB-T解码的芯片，所以其中包含有一块DVB-T专用的解调器，解调器是RTL2832U裸片上的子芯片，其寄存器通过I2C连接到8051核的i2c总线上，在SDR模式中，我们通过修改寄存器关闭解调器，从而实现信号直接传输到计算机而不进行解码，这样才能正常当SDR使用