Le recours à un fournisseur qui propose une gamme complète de composants pour l'ensemble de la chaîne de signaux RF permet d'accélérer la conception en présentant un large éventail de choix et de compromis de périphériques, et en réduisant en parallèle les mauvaises surprises.
Les concepteurs de systèmes RF/sans fil ont traditionnellement fait appel aux services (par ailleurs irréprochables) de fournisseurs spécialisés qui offraient les composants critiques de la chaîne de signaux entre l'antenne analogique et les bits numérisés. L'univers des fournisseurs était (et reste) peuplé de fournisseurs indépendants de PLL, LNA, ADC et DAC, entre autres composants et blocs fonctionnels des canaux de réception et d'émission.
Ce modèle multisource est toutefois en pleine évolution. Un nombre croissant de fonctions RF/sans fil est en effet mis en œuvre sous la forme de CI et de modules, grâce aux progrès de la technologie. L'amélioration des processus de CI permet aux fournisseurs de circuits intégrés de se positionner sur des gammes de fréquences toujours plus hautes, tout en proposant des fonctions qui étaient jusque là assurées par plusieurs périphériques de fournisseurs différents. Au lieu de reconstituer la chaîne de signaux à partir de sources disparates, l'ingénieur de conception peut désormais se tourner vers une source homologuée unique pour l'ensemble ou la quasi-totalité des composants requis.
Le concepteur peut ainsi adopter une nouvelle approche pour planifier, analyser et répondre aux exigences de la chaîne de signaux du projet. Plutôt que de jongler entre différents sites Web et définitions et styles de fiches techniques de fournisseurs, il peut se concentrer sur la recherche des composants qui présentent le bon équilibre d'attributs « indispensables » et « confortables ». Cela permet de gagner du temps, d'atténuer les frustrations et de simplifier la mise en adéquation des composants dans l'environnement de conception actuel, où chaque dB est critique en termes de performance, où les pertes s'accumulent et où les spécifications de deuxième et de troisième ordre distinguent une conception à peine « suffisante » d'une conception qui répond pleinement aux exigences (Figure 1).
Figure 1 :L'ingénieur de conception actuel doit intégrer davantage de fonctions à des fréquences plus élevées dans des conceptions complexes, tout en se conformant à des exigences de performance rigoureuses.
Bien plus d'un simple battage marketing
Il existe des avantages tangibles pour les concepteurs qui se tournent vers les fournisseurs qui offrent une gamme complète de produits pour la chaîne de signaux, comme l'a démontré l'acquisition de Hittite Microwave Corp. par Analog Devices, Inc (ADI) en 2014. À cette époque, chaque fournisseur était un leader respecté, principalement dans des catégories fonctionnelles et des zones de fréquences bien distinctes de la chaîne de signaux RF, avec un recoupement qui restait très modeste. Même si l'association s'est traduite par des bénéfices internes en termes d'efficacité de la production, de test et de gestion de la chaîne d'approvisionnement, les véritables bénéficiaires sont les concepteurs qui doivent décider du choix des composants et des fournisseurs. Les concepteurs bénéficient désormais d'un accès unifié aux technologies de pointe et aux produits pris en charge et autres composants livrables.
Pour les ingénieurs, les avantages sont nombreux pour plusieurs raisons. Tout d'abord, les concepteurs peuvent aujourd'hui identifier plus facilement un ensemble beaucoup plus large de possibilités pour les composants de leur chaîne de signaux, en matière de gamme et de compromis de performances, mais aussi d'incréments prix/performance. De plus, les problèmes, délais et risques liés à la conception diminuent puisque les composants de la chaîne de signaux sont mieux adaptés les uns aux autres au niveau des paramètres et de la performance. Le concepteur met beaucoup moins de temps à choisir le convertisseur A/D haut de gamme voulu, par exemple, et à rechercher ensuite l'amplificateur tampon approprié, puisque un fournisseur unique est en mesure de lui fournir les deux composants en même temps, et même de lui suggérer quelques options de couplage, ou encore de lui proposer un certain nombre de guides de sélection en ligne.
Prenons l'exemple de la conception RF représentative d'un analyseur de spectre milieu de gamme (Figure 2). Pour toutes les fonctions actives, Analog Devices propose désormais un éventail de composants offrant des caractéristiques de performance distinctes, parmi les différents paramètres qui caractérisent entièrement chaque appareil.
Figure 2 : Analog Devices propose un éventail de composants pour chaque fonction de composant actif dans ce schéma fonctionnel d'un analyseur de spectre milieu de gamme type, au lieu d'une solution universelle.
La disponibilité d'une plus large gamme de produits a plusieurs conséquences positives pour le concepteur. Tout d'abord, il existe un plus grand nombre de solutions aux caractéristiques complètes, assorties d'une garantie de compatibilité électrique et technique entre les phases. Du fait de la cohérence de la terminologie et des définitions de paramètres, les concepteurs n'ont plus besoin de se demander si la définition et les conditions de test utilisées par un fournisseur sont identiques à celles d'un autre fournisseur pour une fonction donnée.
Des facteurs tels que SFDR, plage dynamique, bande passante, ENOB, IP3 et facteur de bruit sont plus facilement évalués dans une comparaison pièce à pièce plus pertinente. Le concepteur a en outre la garantie que les interfaces entre les blocs fonctionnels sont compatibles et présentent des définitions homogènes, ce qui facilite le processus de sélection de la chaîne de composants de bout en bout.
Les implications sont également nombreuses au niveau des modèles de référence, auxquels les équipes de conception actuelles font largement appel pour établir le cadre et la structure de base de leurs projets. Lorsqu'un fournisseur unique offre la totalité ou la quasi-totalité des dispositifs actifs de la chaîne de signaux, il devient possible de développer des documentations et des modèles de référence complets, testés et entièrement caractérisés, plutôt que de simples modèles parcellaires pour un composant ou une sous-fonction unique, comme le numériseur. Les décisions et évaluations de l'utilisateur sont ainsi plus rapides. Le fournisseur peut en outre proposer des logiciels de support stratégiques, notamment des interfaces utilisateur et des suites de test, et même une certification officielle aux normes de l'industrie.
Le CN0320 d'Analog Devices, par exemple, est un récepteur de conversion directe fréquence intermédiaire/bande de base, flexible, agile en fréquences, qui offre un filtrage de bande de base programmable et un gain de bande de base variable, ainsi qu'un ADC double (Figure 3). Le cœur du circuit est un démodulateur I/Q intégré avec VCO et PLL fraction-N. Avec une seule fréquence de référence, le PLL/VCO peut fournir entre 750 MHz et 1150 MHz à un oscillateur local. L'équilibre précis en quadrature et le faible décalage du courant continu de sortie garantissent une dégradation minime de l'ampleur du vecteur d'erreur (EVM).
Les interfaces entre l'ensemble des composants de ce circuit sont entièrement différentielles, et les niveaux de polarisation des phases adjacentes sont inter-compatibles lorsqu'un couplage CC s'avère nécessaire entre les phases. Le package complet du modèle de référence inclut les schémas, la nomenclature, les fichiers Gerber, les fichiers Allegro et même le plan de montage.
Figure 3 : Les modèles de référence proposés par les fournisseurs jouent un rôle de plus en plus important dans la décision de conception. Ce schéma simplifié d'un récepteur de conversion directe fréquence intermédiaire/bande de base fait appel à un trio de composants RF d'Analog Devices, qui sert de noyau à la chaîne de signaux antenne à bits.
Au bout du compte, les concepteurs, toujours pressés par le temps, de systèmes allant de produits sensibles aux coûts et aux performances modérées aux produits hautes performances de pointe perdront moins de temps à essayer de choisir le « meilleur » composant pour chaque phase. Ils pourront ainsi se concentrer sur les phases les plus critiques de leurs applications, et consacrer davantage de temps au test et à la conception détaillée du système. Autre avantage non négligeable : les problèmes liés aux nomenclatures diminueront puisqu'ils pourront traiter avec un fournisseur unique, qualifié et réputé. Ils auront même la possibilité de réutiliser un composant connu et maîtrisé dans les mises à niveau de modèles ou les extensions de produits, ce qui réduira les mauvaises surprises qui accompagnent souvent la toute première utilisation d'un nouveau composant.
Du côté du fournisseur, il existe des avantages tangibles à la fourniture d'un support intégral sur la chaîne de signaux, avantages qui s'étendent rapidement à l'utilisateur. Le groupe d'applications du fournisseur, facteur important en termes de délais de commercialisation, est en meilleure position pour aider les utilisateurs, compte tenu des connaissances techniques approfondies de l'intégralité du chemin antenne/bits et de l'application spécifique. Le fournisseur accepte par ailleurs de reconnaitre et de combler les lacunes potentielles des composants au niveau des performances ou des appareils requis, comme par exemple un pré-amplificateur tampon de convertisseur optimisé pour une application spécifique.
Le fournisseur peut proposer un large éventail de pièces, grâce à l'accès à différentes techniques de conception et d'options de conditionnement (monolithique, multipuces, puce retournée), au lieu de limiter l'utilisateur à un menu restreint. Les utilisateurs peuvent choisir entre des pièces offrant des performances optimales et des paramètres différents.
Le synthétiseur fractionnaire HMC703 pour entrées RF CC à 8 GHz, par exemple (Figure 4) offre les meilleures performances de l'industrie en termes de bruit de phase et de parasites (-112 dBc/Hz à 8 GHz fractionnaire, décalage de 50 kHz), ce qui permet des schémas de modulation d'ordre supérieur. Il dispose également du meilleur facteur de mérite (FOM) de -230 dBc/Hz (mode fractionnaire) et -233 dBc/Hz (mode intégral). Le HMC703 offre par ailleurs des fonctionnalités de modulation et de balayage de fréquences, de déclenchement externe, de double mise en tampon, de contrôle exact des fréquences et de modulation de phases, entre autres attributs.
Figure 4 : Le synthétiseur fractionnaire HMC703 pour entrées RF CC à 8 GHz offre les meilleures performances du marché en termes de bruit de phase et de parasites et il dispose du meilleur facteur de mérite (FOM).
Pour les utilisateurs qui préfèrent des niveaux supérieurs d'intégration fonctionnelle, le synthétiseur large bande 6,8 GHz ADF4355 (Figure 5) dispose d'un VCO intégré avec une fréquence de sortie fondamentale comprise entre 3400 MHz et 6800 MHz. La fréquence du VCO est connectée à des circuits de division par 1, 2, 4, 8, 16, 32 ou 64 qui permettent à l'utilisateur de générer des fréquences pouvant descendre jusqu'à 54 MHz. Le synthétiseur fraction-N et le synthétiseur entier-N intègrent un compteur de modules 38 bits haute résolution. Le VCO offre un faible bruit de phase compris entre -113 dBc/Hz (décalage de 100 kHz par rapport à la porteuse 5,0 GHz) et -155 dBc/Hz (décalage de 10 MHz par rapport à la porteuse 3,4 GHz) ainsi qu'un plancher phase-bruit en bande normalisé de -221/-223 dBc/Hz (canal fractionnaire/canal entier) ainsi qu'une gigue RMS intégrée de 150 fs.
Figure 5 : Le synthétiseur large bande 6,8 GHz ADF4355 avec VCO interne intègre également un compteur de modules 38 bits, ainsi qu'un plancher phase-bruit sur bande et un bruit de phase extraordinairement faible.
L'existence d'un fournisseur polyvalent offre de nombreux autres avantages pour le projet. Le fournisseur a une connaissance plus approfondie de la chaîne complète de signaux et de la compatibilité des applications et est ainsi en mesure de développer des outils de modélisation et de simulation plus larges et plus sophistiqués. La configuration des simulations s'en trouve simplifiée et les lacunes deviennent moins nombreuses, voire inexistantes dans la chaîne de signaux.
L'ADIsimRF, par exemple, est un calculateur de chaîne de signaux RF simple d'utilisation, qui permet de calculer le gain en cascade, le facteur de bruit, les points IP3 et P1dB ainsi que la consommation électrique (Figure 6). Il contient des modèles de dispositifs intégrés pour la plupart des composants RF d'ADI (y compris ceux proposés par Hittite, qui font désormais partie du catalogue d'ADI) et peut gérer jusqu'à 20 phases. Leur insertion, leur retrait et leur désactivation temporaire sont extrêmement simples. Le calculateur peut basculer entre le Mode émission et le Mode réception, les données étant respectivement présentées comme renvoyées en sortie et renvoyées en entrée.
Figure 6: La modélisation du circuit et la simulation sont une étape préliminaire essentielle de la conception d'un canal RF. L'outil ADIsimRF permet de calculer des résultats de performance critiques pour une chaîne de signaux pouvant compter jusqu'à 20 composants.
D'autres outils sont également disponibles. ADIsimPLL est un outil de conception/simulation de synthétiseur PLL simple d'utilisation qui permet la simulation des principaux effets non linéaires qui ont un impact sur les performances PLL, notamment le bruit de phase, les spurs fraction-N et l'impulsion anti-retour. À l'instar de l'outil ADIsimRF, il intègre les composants Hittite. Dans le cas de concepteurs qui doivent sélectionner ou évaluer des ADC haute vitesse, VisualAnalog™ intègre un ensemble puissant d'outils de simulation et d'analyse des données et une interface utilisateur graphique conviviale qui permettent aux concepteurs de personnaliser l'analyse des données et des signaux d'entrée. Grâce à ses calculs personnalisables, les concepteurs peuvent prévoir le rapport de puissance du canal adjacent (ACPR) et les tracés de constellation I/Q sur les sorties ADC simulées ou les données recueillies à partir de cartes d'évaluation.
Conclusion
Le choix d'un fournisseur offrant un portefeuille étendu allant de l'antenne aux bits permet de simplifier la conception des systèmes RF/sans fil à de nombreux niveaux. Il facilite l'examen et la sélection des composants de base, mais également la modélisation et la simulation et permet d'éviter les problèmes liés aux pilotes logiciels. Il est en outre assorti d'un meilleur support à la conception, comprenant des modèles de référence, l'ingénierie des applications et des notes d'applications.
Dans le même temps, il ne limite pas l'équipe de conception en la forçant à choisir exclusivement les offres d'un fournisseur unique. Il permet en revanche de s'assurer que l'équipe traite avec un fournisseur qui dispose à la fois une vue d'ensemble sur la chaîne de signaux et des incitations et moyens lui permettant de répondre aux besoins avec une gamme de composants aux performances et aux coûts variables.