La consultazione di vari elenchi di fornitori con l'obiettivo di individuare parti fondamentali della catena del segnale può risultare un'esperienza lunga e complessa. Nonostante il gran numero di parti e configurazioni del dispositivo disponibili, la scelta di una parte della catena del segnale dipende comunque non soltanto da qualche notevole caratteristica in termini di prestazioni.
Raramente è opportuno riunire o costruire modelli per ogni parte che viene valutata per l'utilizzo. Lo sviluppo e l'ottimizzazione della catena del segnale devono essere semplificati con strumenti di progettazione diretti, ricorrendo a fornitori che possono offrire tutti i principali blocchi di costruzione funzionali RF, analogici e digitali. Ad esempio, è possibile ADIsimRF di Analog Devices per misurare l'impatto della catena del segnale di varie parti, dai convertitori da analogico a digitale di dominio a segnale misto (ADC) e dai convertitori da digitale ad analogico (DAC) fino alle parti RF e microonde.
I più recenti dispositivi RF/microonde combinano una gamma sempre più complessa di componenti elettronici multi-dominio, pertanto richiedono una distinta base (BOM, bill of materials) efficace e compatta, al fine di portare sul mercato prodotti concorrenziali. La ricerca e il coordinamento di diversi fornitori per le parti della catena del segnale RF, analogici e digitali, comunemente impiegate in tutti i più recenti dispositivi RF, possono richiedere un sostanziale investimento in termini di risorse ingegneristiche.
Molti ingegneri hanno familiarità unicamente con uno specifico dominio. Purtroppo, il tempo dedicato da un ingegnere esperto di sistemi che ha familiarità con i requisiti di ciascun dominio e con i complessi strumenti di simulazione è spesso necessario per garantire che il progetto rispetti le scadenze. Tuttavia, l'approvvigionamento intelligente presso un fornitore che disponga di una gamma articolata di soluzioni, come pure di una vasta base di catene del segnale ed esempi di circuiti, nonché di strumenti di simulazione razionalizzati, potrebbero facilitare la realizzazione del progetto e consentire una creazione rapida dei prototipi, con cicli di progettazione abbreviati.
Strumenti di progettazione razionalizzati consentono una rapida comprensione e abbreviano i cicli di progettazione
Esistono numerosi strumenti di simulazione e progettazione disponibili, sebbene molti di questi siano realizzati per uno specifico dominio o prevedano una curva di apprendimento elevata e requisiti di impostazione complessi. Quando le decisioni che riguardano le parti sono basate sul'impatto prodotto dalle parti stesse su alimentazione, livello di rumore, linearità o altri parametri della catena del segnale, gli ingegneri esperti di sistemi spesso utilizzano fogli di calcolo realizzati da loro stessi in cui inseriscono manualmente le informazioni della scheda dati. Questo processo generalmente richiede parecchio tempo ed è soggetto a errore. Analog Devices di recente ha aggiornato il suo software gratuito di simulazione e sintesi del progetto, l'ADIsimRF, che associa una vasta libreria di modelli di dispositivi integrati e la capacità di generare velocemente dati e grafici con caratteristiche fondamentali della catena del segnale.
Didascalia: l'ADIsimRF può essere utilizzato per visualizzare rapidamente le caratteristiche relative a potenza, linearità e rumore in cascata di una catena del segnale.
I grafici dei parametri della catena del segnale che presentano una configurazione semplice favoriscono l'adozione delle decisioni
L'analisi dei parametri in cascata è una caratteristica utile per determinare se una catena del segnale soddisfa i necessari criteri delle specifiche. Tuttavia, l'influenza tappa dopo tappa su ogni parametro spesso è necessaria per operare la scelta delle parti. l'ADIsimRF presenta i grafici relativi a piano di livello, sweep di potenza, di guadagno e di frequenza che possono essere utilizzati per identificare l'influenza di ciascuna fase su tutti i parametri determinanti della catena del segnale in cascata.
Didascalia: un grafico del piano di livello può essere utilizzato per capire in che modo ciascuna fase della catena del segnale produce un impatto sulle prestazioni in cascata.
Per esempio, il grafico del piano di livello marca l'influenza su un parametro della catena del segnale in ciascuna fase, con la relativa etichetta della parte, il che risulta particolarmente utile per identificare una parte le cui prestazioni risultano scarse, rispetto ad altre parti presenti nella catena del segnale. I grafici basati sullo sweep possono essere utilizzati per misurare la modifica della prestazione rispetto all'input di RF.
Didascalia: gli sweep di potenza RF forniscono una panoramica eccellente degli scambi tra rumore e distorsione via via che i livelli del segnale in entrata variano.
Didascalia: gli sweep di frequenza si sovrappongono a guadagno, rumore e distorsione di tutte le parti della catena del segnale, fornendo una panoramica delle prestazioni lungo una banda completa.
Anche se l'ADIsimRF viene prepopolato con una vasta libreria di parti, ben oltre 400 modelli, è comunque possibile aggiungere con facilità parti personalizzate durante una fase. Questa caratteristica può essere utilizzata per stimare i budget della catena del segnale quando si selezionano le parti o nella fase iniziale di un nuovo progetto. Inoltre, le parti ipotetiche e quelle pre-specifiche possono essere utilizzate per valutarne l'impatto con facilità su una catena del segnale del cliente.
Didascalia: la vasta libreria di modelli di parti integrate consentono di effettuare la selezione della parte ideale in modo rapido e facile, dato che i parametri della catena del segnale in cascata vengono aggiornati immediatamente con l'impatto prodotto dalle nuove parti.
L'ADIsimRF inoltre contiene numerosi calcolatori e caratteristiche interne di riferimento, che si possono utilizzare per dare un'occhiata veloce e prevedere le cifre relative al progetto. Analog Devices Inc. si dedica inoltre al potenziamento dell'ADIsimRF con l'inserimento di catene del segnale di riferimento preintegrate, che possono essere utilizzate come validi supporti al progetto e strumenti di apprendimento, che consentono di risparmiare tempo. Le catene del segnale trasmittenti e riceventi possono essere entrambe simulate con facilità, dato che è possibile effettuare commutazione dall'impostazione di entrata a quella di uscita.
Didascalia: invece di dover consultare una miriade di grafici, ADIsimRF fornisce un riferimento facile da richiamare e una serie di utili calcolatori.
Le catene del segnale di riferimento consentono il riutilizzo del circuito con un risparmio in termini di tempo
Vi sono molti casi in cui i circuiti di riferimento sono importanti per ridurre la durata dei cicli di progettazione e scoprire valide tecniche di progettazione dei circuiti. Analog Devices Inc. offre una vasta gamma di catene del segnale di riferimento che si adattano a varie applicazioni, dai radar alla strumentazione, tra cui un trasmettitore basato su convertitore da digitale ad analogico (DAC) RF che funziona a 3,5 GHz. Non solo viene fornita la tipologia di circuito di base per tali riferimenti, ma vengono fornite anche le raccomandazioni relative alle parti per ciascun elemento nella catena del segnale. Queste catene del segnale di riferimento possono essere utilizzate anche per comprendere la capacità e le prestazioni dei singoli segmenti e parti di una catena del segnale.
Didascalia: una catena del segnale di riferimento di un trasmettitore DAC RF può essere adattata o aggiunta a nuovi progetti, consentendo di sfruttare valide funzioni di analisi del segnale senza necessità di riprogettare il dispositivo dal principio. La catena del segnale di riferimento di Analog Devices Inc. può essere utilizzata anche come strumento per l'apprendimento al fine di comprendere meglio l'interazione tra le parti e le fasi della frequenza di un progetto RF.
Utilizzando l'interfaccia dati digitale JESD204B SERDES del DAC RF AD9162 un segnale digitale ad alta velocità a 6 GSPS può essere direttamente sintetizzato in RF all'uscita della catena del segnale di riferimento del trasmettitore basato su DAC. L'uscita differenziale del DAC RF viene convertita in una impedenza di 50 ohm single ended con il balun BAL-009SMG e quindi amplificata dall'amplificatore di blocco del guadagno ADL5601. Un attenuatore all'entrata dell'amplificatore di potenza (PA) al nitruro di gallio (GaN) HMC1114 garantisce che la potenza del segnale non superi i limiti della potenza in entrata del PA GaN. L'ampiezza di banda del PA GaN HMC1114 autorizza una gamma di frequenza per il progetto del DAC RF compresa tra 2,7 GHz e 3,8 GHz, il che rappresenta un'ampiezza di banda totale di 1,1 GHz con più del 50% di potenza aggiunta (PAE - Power Added Efficiency). Questa catena del segnale di riferimento può essere utilizzata come trasmettitore altamente configurabile per sistemi di comunicazione a banda larga, come il DOCSIS 3.1, le infrastrutture di comunicazione radio, la strumentazione e le applicazioni radar/brouilleur.
Diverse opzioni relative alle parti della catena del segnale riducono i dilemmi riguardo al progetto
I fornitori, come Analog Devices Inc., forniscono una gamma diversificata di parti per la catena del segnale, il che può semplificare gli aspetti che riguardano l'approvvigionamento e la distinta base dei progetti critici di catene del segnale RF. Ad esempio, Analog Devices Inc. fornisce parti importanti per la conversione da digitale ad analogico, in grado di dirigere la sintesi RF a 7,5 GHz, amplificatori di blocco di guadagno a elevata gamma dinamica e PA GaN estremamente efficaci con una piattezza del guadagno eccellente. Le caratteristiche altamente integrate di queste parti riducono il numero di parti della catena del segnale necessarie per raggiungere i requisiti di potenza del progetto, mantenendo al contempo un'elevata linearità e cifre contenute di rumore in cascata.
Il DAC RF 12 GSPS 16 bit consente la sintesi digitale diretta a 7,5 GHz
Il cuore della catena del segnale di riferimento DAC RF è il DAC RF 16 bit AD9162 che dispone di fino a otto interfacce dati di serializzatore/deserializzatore JESD204B (SERDES) e un'interfaccia di configurazione SPI. L'interfaccia JESD204B e le architetture interruttore quadruplo associate a due filtri d'interpolatore sono in grado di effettuare una sintesi RF diretta a 6 GSPS e un efficace tasso di aggiornamento del DAC di 12 GSPS in determinate modalità. Dimostrando una grande linearità attraverso una larga ampiezza di banda, l'AD9162 è in grado di ricostruire le portanti RF nella seconda e terza zona Nyquist, funzionando in Mix-Mode™ a 7,5 GHz.
Didascalia: le otto interfacce dati digitali JESD204B SERDES all'entrata del DAC RF AD9162 consentono un tasso di aggiornamento del DAC di fino a 12 GSPS.
Fonte: Scheda dati AD9161-9162 di Analog Devices, Inc.
L'ampiezza di banda dell'AD9162 e la capacità di gamma dinamica rispettano e superano la conformità DOCSIS 3.1 con un margine di prestazioni supplementari a partire dalle due portanti come minimo fino allo spettro totale massimo di 1,794 GHz. Inoltre, il DAC RF può essere configurato per rate dati inferiori e il clocking del convertitore, il che riduce il consumo energetico e facilita il carico delle esigenze di filtraggio. Inoltre, la corrente d'uscita dell'AD9162 può essere regolata da 8 mA a 38,76 mA dalle diverse uscite di corrente complementari.
Capace di convertire schemi di modulazione digitale complessi, il DAC RF AD9162 può essere utilizzati in applicazioni di infrastrutture di comunicazione radio con W-CDMA, LTE, LTE-A e per i dispositivi point-to-point (P2P) microonde. Allo stesso modo, la capacità di conversione in forma d'onda pulsata può produrre anche forme d'onda del radar o del brouilleur con una gamma dinamica elevata. Queste caratteristiche consentono all'AD9162 di fornire una sintesi RF agile con un'unica parte di conversione, che consente una distinta base (BOM) e una complessità del sistema nettamente ridotte rispetto ai circuiti e ai dispositivi sintetizzatori RF a prestazioni comparabili.
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L'amplificatore di blocco del guadagno fisso da 15 dB presenta un circuito di polarizzazione a entrata integrata e una gamma dinamica elevata
Realizzato per mezzo di un processo bipolare a eterogiunzione (HBT) di fosfuro di indio gallio (IGaP), l'ADL5601 offre 15 dB di amplificazione altamente lineare da 50 MHz a 4 GHz. Con cifre di rumore basse pari a 3,7 dB e una specifica OIP3 elevata da 43,0 dBm a 900 MHz, l'amplificatore di blocco del guadagno abbinato internamente offre una capacità di gamma dinamica estremamente elevata. Inoltre, i 15 dB di guadagno sono altamente stabili in frequenza, tensione di alimentazione, temperatura e nel corso delle variazioni di processo da dispositivo a dispositivo.
Fonte: Scheda dati ADL5601 di Analog Devices, Inc.
L'ADL5601 dispone di una entrata e di un'uscita abbinate internamente a 50 ohm e di un circuito di controllo della polarizzazione integrato. Queste caratteristiche fanno sì che per il funzionamento completo l'ADL5601 richieda unicamente condensatori di accoppiamento di entrata/uscita esterni, condensatori di disaccoppiamento di alimentazione e un induttore esterno. Con una sola alimentazione a 5 V e un consumo di corrente massimo di 83 mA, l'amplificatore di blocco del guadagno è altamente resiliente e può funzionare entro le specifiche da −40 °C a +85 °C. In ultimo, l'ADL5601 vanta una valutazione ESD di classe 1C di +/1 1,5 kV in una confezione SOT-89 termicamente efficiente.
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Un PA GaN altamente efficiente e compatto fornisce un'ampiezza di banda di 1,1 GHz con una piattezza di guadagno di +/- 0,5 dB
Il PA GaN HMC1114 fornisce fino a 10 watt di potenza con oltre il 54 % di PAE e dispone di un'ampiezza di banda di 2,7 à 3,8 GHz con una piattezza di guadagno di +/- 0,5 dB. La potenza in uscita saturata dell'HMC1114 è di 41,5 dB, con un elevato guadagno di segnale piccolo di 35 dB e un guadagno di segnale grande di 25,5 dB. L'elevata efficienza e il ridotto consumo di corrente d'alimentazione da 150 mA a 28 V consentono di prolungare la durata di funzionamento della batteria per le applicazioni radiomobili.
Didascalia: con l'aggiunta dei condensatori di bypass di polarizzazione del gate e dei condensatori di disaccoppiamento dell'alimentazione, il PA GaN HMC1114 fornisce una potenza in uscita dell'RF di fino a 10 watt in una confezione compatta da 5x5 mm LFSCP.
Fonte: Scheda dati HMC1114 di Analog Devices, Inc.
Considerando l'entrata/uscita abbinata RF 50 ohm e accoppiata CA, l'HMC1114 richiede unicamente condensatori di alimentazione e di disaccoppiamento, nonché condensatori di bypass esterni all'entrata del controllo di polarizzazione del gate quali parti aggiuntive per il funzionamento. L'HMC1114 rispetta pienamente le specifiche da −40 °C a +85 °C in una confezione compatta 5x5 mm LFSCP da 32-Lead.
Le opzioni relative alle parti della catena del segnale, gli strumenti e i circuiti di riferimento facilitano la realizzazione del progetto
Analog Devices Inc. fornisce un ecosistema che incrementa l'efficienza e aiuta gli ingegneri a elaborare progetti di maggiore qualità che arrivano sul mercato in tempi più brevi, con strumenti di analisi della catena del segnale facili da utilizzare, architetture della catena dl segnale di riferimento a valore aggiunto e soluzioni di catena del segnale dall'entrata all'uscita. Un DAC RF ricco di funzioni con sintesi digitale diretta e trasmissione a 3,5 GHz modellato in ADIsimRF è un esempio delle semplificazioni della distinta base (BOM) e delle preziose risorse di progetto disponibili quando l'approvvigionamento si effettua presso fornitori affermati che dispongono di valide selezioni in termini di soluzioni.