El uso de un vendedor que ofrezca una amplia selección de componentes para la cadena de señales de RF completa puede acelerar el diseño si se presentan varias opciones de dispositivos y compensaciones, a la vez que se reducen las sorpresas no deseadas.
Los diseñadores de RF/inalámbricos han, tradicionalmente, recibido el servicio, el buen servicio, de vendedores especializados que ofrecían piezas críticas de la cadena de señales entre la antena analógica y los bits digitalizados. El universo de vendedores estaba saturado, como lo está hoy, de proveedores independientes de PLL, LNA, ADC y DAC, entre los bloques funcionales y los componentes de los canales de recepción y transmisión.
Sin embargo, este modelo multifuente está evolucionando a medida que una cantidad en aumento de funciones de RF/inalámbricas se implementan como circuitos integrados y módulos, como resultado de los avances de la tecnología. Los procesos de circuitos integrados mejorados les permiten a los vendedores de circuitos integrados moverse hacia rangos de frecuencias insuperables, a la vez que brindan funciones que antes facilitaban varios dispositivos de distintos vendedores. En lugar de ensamblar la cadena de señales de fuentes discrepantes, el ingeniero de diseño ahora puede observar una única fuente calificada para todos o casi todos los componentes necesarios.
El resultado es que el diseñador puede realizar un nuevo acercamiento a la planificación, análisis y cumplimiento de los requisitos de la cadena de señales del proyecto. En lugar de hacer malabares entre varios sitios web y definiciones y estilos de hojas de datos de vendedores, el diseñador puede enfocarse en hallar los componentes con el balance adecuado de atributos obligatorios y deseados para sus requisitos. Esto ahorra tiempo, reduce frustraciones y simplifica la combinación apropiada de componentes en el entorno de diseño de hoy en día, en el que todos los dB del desempeño son críticos, se acumulan las pérdidas, y las especificaciones de segundo y tercer orden son la diferencia entre un diseño "lo suficientemente bueno" y uno que cumple por completo los requisitos; Figura 1.
Figura 1: el ingeniero de diseño de hoy en día debe incorporar más funciones a frecuencias más altas, junto con requisitos de desempeño exigentes, en diseños complejos.
Mucho más que solo publicidad sobre sentirse bien
Existen beneficios tangibles para los diseñadores que recurren a vendedores con una línea de productos de cadena de señales completa, como demostró la adquisición de 2014 de Hittite Microwave Corp. de Analog Devices, Inc (ADI). En ese momento, cada vendedor era un líder respetado principalmente en distintas regiones funcionales y de frecuencia de cadena de señales de RF, con apenas una modesta superposición. A pesar de que la combinación ofreció beneficios internos en términos de eficiencia de producción, prueba y gestión de cadena de suministro, los beneficiarios reales son los diseñadores que deben decidir sobre componentes y vendedores. Los diseñadores ahora tienen acceso único a la mejor tecnología de su clase y a productos admitidos suministrados
Estas ventajas para los ingenieros tienen muchos motivos. En primer lugar, los diseñadores ahora ven más fácilmente un conjunto mucho más amplio de posibilidades para el componente de su cadena de señales, en términos de desventajas y rango, como también de incrementos de precio/desempeño. También reducen los dolores de cabeza que provoca el diseño, el tiempo y el riesgo, ya que los componentes de la cadena de señales están mejor combinados entre sí en parámetros y desempeño. Se invierte menos diseño en la elección de un conversor de CA/CC de alta gama adecuado, por ejemplo, y luego en la búsqueda de un amplificador de búfer que coincida, cuando en lugar de todo eso, un único vendedor puede brindar ambas cosas y puede sugerirle la combinación al diseñador, como también guías de selección en línea.
Considere un diseño de RF representativo de un analizador de espectro de gama baja; Figura 2. Para todas las funciones activas, Analog Devices ahora ofrece una opción en componentes con distintas especificaciones de desempeño entre los varios parámetros que caracterizan por completo a cada dispositivo.
Figura 2: Analog Devices ofrece opciones de componentes para cada función de componente activo de este diagrama de bloques de un típico analizador de espectro de baja gama, en lugar del enfoque "un tamaño se ajusta a todo".
La disponibilidad de una amplia línea de productos afecta al diseñador de muchas formas positivas. En primer lugar, existen más soluciones con todas las características, con garantía de compatibilidad eléctrica y de especificación entre las etapas. La consistencia en definiciones de parámetros y la terminología entre estas significa que los diseñadores ya no tienen que intentar deducir si la definición y las condiciones de la prueba utilizadas por el vendedor son las mismos que utilizó otro vendedor para una determinada función.
Ciertos factores como SFDR, rango dinámico, ancho de banda, ENOB, IP3 y el factor de ruido se comparan con mayor facilidad en una comparación detallada parte por parte. Al mismo tiempo, el diseñador tiene la garantía de que las interfaces entre bloques funcionales tendrán compatibilidad y definiciones consistentes; de esa forma, facilita el proceso de selección de la cadena integral de componentes.
También existen las implicaciones con respecto a los diseños de referencia, en los que se basan los equipos de diseño de hoy para establecer la base y marco de su proyecto. Cuando un único vendedor ofrece todos o la mayoría de los dispositivos activos de la cadena de señales, es factible desarrollar diseños de referencia y documentos totalmente caracterizados, probados y completos, en lugar de solo diseños fragmentarios para un único componente o subfunción, como el digitalizador. De esta forma, se aceleran las evaluaciones y decisiones del usuario. Además, el vendedor puede ofrecer software de soporte crítico, incluidos interfaces gráficas de usuario y conjuntos de prueba, y hasta, incluso, calificación formal de los estándares de la industria.
Por ejemplo, el CN0320 de Analog Devices es un flexible receptor de frecuencia intermedia a banda base de conversión directa, de frecuencia ágil, con ganancia de banda base variable y filtrado de banda base programable, y un ADC doble; Figura 3. El núcleo del circuito es un demodulador I/Q integrado con PLL y VCO con N-fraccional. Con solo una frecuencia de referencia, el PLL/VCO puede brindar un oscilador local de entre 750 MHz y 1150 MHz. El preciso balance de cuadratura y las bajas compensaciones de CC de salida garantizan que haya una degradación mínima de la magnitud del vector de error (EVM).
Las interfaces entre todos los componentes de este circuito son totalmente diferenciales, y los niveles de polarización de las etapas adyacentes son compatibles entre sí, donde se requiere acoplamiento de CC entre las etapas. El paquete completo de diseños de referencia incluye esquemas, BOM, archivos Gerber, archivos Allegro y hasta el dibujo del montaje.
Figura 3: Los diseños de referencia suministrados por vendedor son una parte cada vez más importante de la decisión de diseño. Este esquema simplificado de un receptor de frecuencia intermedia a banda base de conversión directa utiliza un trío de componentes RF de Analog Devices como núcleo de la cadena de señales de antena a bits.
Como resultado, los diseñadores de sistemas presionados por el tiempo que abarcan un desempeño moderado, productos de bajo costo a productos de vanguardia de alto rendimiento pasarán menos tiempo intentando decidir cuál es la "mejor" parte para cada etapa. En su lugar, pueden enfocarse en las etapas más críticas de sus aplicaciones, con más tiempo para pruebas y el diseño del sistema detallado. Otro beneficio más es que los desafíos de su BOM se verán reducidos, ya que pueden negociar con un único proveedor calificado de buena reputación. Incluso tendrán una opción más sencilla que será reutilizar un componente conocido y comprendido en diseños mejorados o extensiones de productos; de esa forma, reducirán las potenciales sorpresas que suelen acompañar al uso de cualquier pieza nueva por primera vez.
Para el vendedor, existen beneficios tangibles en el soporte completo de cadena de señales que se brinda, los cuales pronto se extienden también al usuario. El grupo de aplicaciones del vendedor, un factor importante en el tiempo de comercialización, se encuentra en mejor posición para ayudar a los usuarios, debido a un conocimiento técnico más profundo del sendero completo de antena a bits y de la aplicación específica. Además, es probable que el vendedor reconozca y cierre cualquier potencial brecha de componentes en el desempeño o dispositivo necesarios, como un preamplificador de búfer de convertidor optimizado para una aplicación específica.
El vendedor puede ofrecer una amplia variedad de piezas, sobre la base del acceso a múltiples técnicas de diseño y opciones de empaquetado (como monolítica, multichip, flip chip), en lugar de limitar al usuario a un menú restringido. Los usuarios pueden escoger entre piezas con excelente rendimiento en distintos parámetros.
Por ejemplo, el sintetizador fraccional HMC703 para entradas RF de CC a 8 GHz (Figura 4) tiene el mejor rendimiento de la industria en ruido de fase y emisiones espurias (-112 dBc/Hz a 8 GHz fraccional, 50 kHz de compensación), lo que permite esquemas de modulación de mayor orden. También posee el mejor factor de mérito (FOM) de -230 dBc/Hz (modo fraccional) y -233 dBc/Hz (modo integral). Además, el HMC703 ofrece barrido de frecuencia y características de modulación, activación externa, doble almacenamiento en búfer, control de frecuencia exacto, modulación de fase, entre otros atributos.
Figura 4: El sintetizador funcional HMC703 para entradas RF de CC a 8 GHz cuenta con el mejor ruido de fase, desempeño de emisiones espurias y factor de mérito (FOM) de la industria.
Para los usuarios que prefieren niveles más altos de integración funcional, el sintetizador de banda ancha de 6.8 GHz ADF4355 (Figura 5) cuenta con un VCO integral con frecuencia de salida fundamental que varía entre 3400 MHz y 6800 MHz. La frecuencia de VCO está conectada para dividirse en 1, 2, 4, 8, 16, 32 o 64 circuitos que le permiten al usuario generar frecuencias de solo 54 MHz. El sintetizador de N-fraccional y el sintetizador de N-entero cuentan con un contador de módulos de 38 bits de alta resolución. El VCO ofrece poco ruido de fase entre -113 dBc/Hz (100 KHz de compensación de 5.0 GHz de proveedor) y -155 dBc/Hz (10 MHz de compensación de 3.4 GHz de proveedor) junto con piso normalizado de ruido de fase en la banda de -221/-223 dB/Hz (canal fraccional/canal entero) y vibración de RMS integrado de 150 fsec.
Figura 5: El sintetizador de banda ancha de 6.8 GHz ADF4355 con VCO interno también incluye un contador de módulo de 38 bits, junto con un ruido de fase sorprendentemente bajo y un piso de ruido de fase en la banda.
Un proveedor de una amplia línea le brinda otras ventajas al proyecto. El vendedor posee conocimientos más profundos sobre toda la cadena de señales y la correspondencia de la aplicación, por lo tanto, puede desarrollar mejores y más amplias herramientas de modelado y simulación. El establecimiento de simulaciones será más sencillo, con menos o hasta sin brechas en la cadena de señales.
Por ejemplo, ADIsimRF es una calculadora de cadena de señales de RF fácil de usar que calcula ganancias en cascada, factor de ruido, IP3, P1dB y el consumo de energía; Figura 6. Contiene modelos de dispositivo integrados para la mayoría de los componentes RF de ADI (incluidos los que ofrece Hittite, ahora parte de la cartera de ADI) y soporta hasta 20 etapas. Se puede insertar, quitar y silenciar temporalmente con facilidad. La calculadora se puede intercambiar entre Modo transmisión y Modo recepción con datos presentados como referidos a la salida y referidos a la entrada, respectivamente.
Figura 6: Un paso esencial por adelantado en el diseño del canal RF está conformado por la simulación y el modelado del circuito. La herramienta ADIsimRF calcula los resultados del desempeño crítico de una cadena de señales de hasta 20 componentes.
También existen otras herramientas. La ADIsimPLL es una herramienta de simulación/diseño de sintetizador PLL fácil de usar que soporta la simulación de los efectos clave no lineales que impactan al desempeño de PLL, incluido el ruido de fase, emisiones de espurias de N-fraccional y pulso antirreacción. Como el ADIsimRF, incluye los componentes de Hittite. Para los diseñadores que están escogiendo o evaluando ADC de alta velocidad, VisualAnalog™ combina un poderoso conjunto de herramientas de simulación y análisis de datos con una interfaz gráfica fácil de usar, y les permite a los diseñadores personalizar su señal de entrada y análisis de datos. Sus cálculos personalizables les permiten a los diseñadores predecir la velocidad de energía del canal adyacente (ACPR) y hacer visibles los diagramas de constelaciones I/Q en salidas ADC simuladas o datos recopilados de placas de evaluación.
Conclusión
La búsqueda de un proveedor con una amplia cartera de antena a bits puede simplificar el diseño inalámbrico/RF en muchas dimensiones. Facilita no solo la selección y consideración de componentes básicos, sino también el modelado, la simulación y los problemas de controlador de software. Además, brinda un mejor sendero de soporte de diseño, incluidos los diseños de referencia, ingeniería en aplicaciones y notas de aplicaciones.
Al mismo tiempo, no restringe el equipo de diseño ni lo obliga a escoger las ofertas de un único vendedor. Sin embargo, sí garantiza que el equipo esté trabajando con un vendedor que tenga una vista amplia de la cadena de señales, junto con el incentivo y los medios para respaldarla con una variedad de piezas de distintos niveles de rendimiento y costo.