Un venditore che offre una vasta selezione di parti per la catena di segnale RF completa è in grado di velocizzare la progettazione, presentando diverse scelte di dispositivi e compromessi, minimizzando, allo stesso tempo, la possibilità di incorrere in spiacevoli sorprese.
I progettisti di RF/wireless sono sempre stati serviti, in maniera ottimale, da venditori specializzati, in grado di fornire parti essenziali per la catena di segnale tra l'antenna analogica e i bit digitalizzati. Il mondo dei venditori era ed è pieno di fornitori indipendenti di PLL, LNA, ADC e DAC, tra i blocchi funzionali e le parti dei canali di trasmissione e ricezione.
Tuttavia, questo modello multi-sorgente si sta evolvendo, dato che un numero sempre maggiore di funzioni RF/wireless viene implemento come IC e moduli, in seguito alle evoluzioni della tecnologia. I migliorati processi IC consentono ai venditori IC di spostarsi verso gamme di frequenza sempre più elevate, offrendo, allo stesso tempo, funzioni che in passato erano fornite da dispositivi differenti di diversi venditori. Anziché assemblare la catena di segnale da fonti diverse, l'ingegnere progettista ora può rivolgersi a una fonte qualificata di segnale per tutte o quasi le parti di cui ha bisogno.
In questo modo, per il progettista diventa possibile avere un nuovo approccio alle fasi di pianificazione, analisi e realizzazione dei requisiti di progetto per la catena di segnale. Anziché destreggiarsi tra diversi stili e definizioni delle schede dati di venditori e siti web, il progettista può focalizzare la propria attenzione sulle parti che presentano il giusto equilibrio tra caratteristiche necessarie e desiderate, in modo da soddisfare i propri requisiti. In questo modo, si riducono tempi e frustrazione, oltre a semplificare il processo di giusto abbinamento tra parti nell'ambiente di progettazione attuale, dove ogni dB di performance ha un ruolo essenziale, le perdite si accumulano e le specifiche di secondo e terzo ordine fanno la differenza tra un progetto a stento "adeguato" e un progetto che risponde pienamente ai requisiti, Figura 1.
Figura 1: L'ingegnere progettista di oggi deve incorporare in progetti complessi diverse funzioni ad alte frequenze, insieme a rispettare stringenti requisiti di performance.
Un po' più complicato di una campagna marketing
I progettisti che si rivolgono a venditori in grado di offrire l'intera linea di prodotto della catena di segnale godono di vantaggi tangibili, come dimostra l'acquisizione, avvenuta nel 2014, di Hittite Microwave Corp. da parte di Analog Devices, Inc (ADI). Prima di tale acquisizione, entrambi i venditori erano leader nell'ambito di regioni diverse di frequenza e funzionali della catena di segnale RF, con una sovrapposizione solo minima. Se l'unione ha prodotto dei vantaggi interni, in termini di efficienza produttiva, management delle forniture e collaudo, i veri beneficiari sono i progettisti chiamati a prendere decisioni relative a parti e venditori. I progettisti, infatti, ora hanno accesso immediato alla migliore tecnologia e ai prodotti disponibili
I vantaggi per gli ingegneri sono diversi. In primo luogo, i progettisti hanno la possibilità vedere una varietà più ampia di possibilità per la parte della loro catena di segnale, in termini di compromessi di performance e gamma, oltre a ottenere prezzi migliori in relazione alle performance. Dato che le parti sono accoppiate in maniera più coerente le une alle altre, in termini di parametri e performance, inoltre, si riducono i rischi, i tempi e i mal di testa da progettazione. Ad esempio, si riducono i tempi necessari a scegliere convertitori A/D di alta fascia adeguati e relativi amplificatori buffer, quando un unico venditore fornisce entrambe le parti, oltre ad essere in grado di consigliare il progettista, anche attraverso guide alla selezione online.
Consideriamo un progetto RF rappresentativo di un analizzatore di spettro di fascia bassa, Figura 2. Per tutte le funzioni attive, Analog Devices oggi offre una scelta di parti con diverse specifiche di performance nell'ambito di parametri multipli, che caratterizzano appieno ciascun dispositivo.
Figura 2: Analog Devices offre diverse parti per ciascuna funzione di parte attiva in questo diagramma a blocchi, che rappresenta un tipico analizzatore di spettro di fascia bassa, anziché un analizzatore adattabile.
La disponibilità di un'ampia linea di prodotti influenza il progettista positivamente in molti modi. In primo luogo, rendendo disponibili soluzioni maggiormente caratterizzate, che assicurano la compatibilità elettrica e delle specifiche tra le fasi. La corrispondenza delle definizioni di parametro e della terminologia delle stesse implica che il progettista non abbia più bisogno di provare a comprendere le definizioni e verificare che le condizioni applicate da un venditore siano le stesse applicate da un altro venditore per una data funzione.
Fattori come SFDR, gamma dinamica, ampiezza di banda, ENOB, IP3 e valore di rumore possono essere paragonati più facilmente, in una comparazione parte-a-parte significativa. Allo stesso tempo, il progettista ha la garanzia che le interfacce tra blocchi funzionali abbiano definizioni e compatibilità coerenti, il che semplifica il processo di selezione della stringa end-to-end di parti.
Ci sono implicazioni anche in relazione ai progetti di riferimento, sui quali fanno affidamento gli attuali team di progettisti, al fine di stabilire il framework e la base dei propri progetti. Quando un singolo venditore offre tutti o la maggior parte dei dispositivi attivi nella catena di segnale, diviene possibile sviluppare progetti di riferimento perfettamente caratterizzati, completi e collaudati, compresa la relativa documentazione, anziché progetti frammentati per un componente o una sotto-funzione, come il digitalizzatore. Ciò velocizza le decisioni e le valutazioni dell'utente. Il venditore, inoltre, è in grado di offrire un'assistenza essenziale con il software, comprese GUI e suite di test, e persino qualifiche formali per gli standard del settore.
Ad esempio, il CN0320 di Analog Devices è un ricevitore da IF a banda base a conversione diretta, di pronta frequenza e flessibile con un guadagno di banda base variabile e un filtro di banda base programmabile, oltre a un Convertitore da analogico a digitale (ADC) doppio, Figura 3. Il fulcro del circuito è costituito da un demodulatore I/Q integrato con VCO e PLL frazionali-N. Con solo una frequenza di riferimento, il PLL/VCO può fornire un oscillatore locale tra i 750 e i 1150 MHz. Il preciso equilibrio di quadratura e le compensazioni CC a basso output assicurano una degradazione minima dell'EVM (error vector magnitude).
Le interfacce tra tutte le parti in questo circuito sono totalmente differenziali, mente i livelli di polarizzazione delle fasi adiacenti sono compatibili tra di loro, laddove l'accoppiamento cc sia richiesto tra le fasi. Il pacchetto di progetto di riferimento completo comprende schemi, BOM, file Gerber, file Allegro e persino lo schema di assemblaggio.
Figura 3: I progetti di riferimento forniti dal venditore sono sempre più importanti per le decisioni di progettazione. Questo schema semplificato di ricevitore IF-a-banda base a conversione diretta utilizza tre parti RF di Analog Devices come fulcro della catena di segnale antenna-a-bit.
Di conseguenza, i progettisti con poco tempo a disposizione che si occupano di sistemi con performance moderate, di prodotti per i quali il costo è importante o di avanguardia, o di sistemi ad alte performance impiegheranno meno tempo a decidere quale sia la parte "migliore" in ogni fase. Potranno, al contrario, focalizzare la propria attenzione sulle fasi più importanti della propria applicazione e avranno più tempo per la progettazione dettagliata del sistema e i test. Anche le problematiche relative alla propria BOM saranno ridotte, dal momento che potranno avere a che fare con un unico fornitore qualificato e affidabile. I progettisti potranno anche approfittare dell'opzione più semplice, avendo la possibilità di riutilizzare un componente che conoscono e comprendono per migliorare i propri progetti o nelle estensioni di prodotto, il che minimizza il pericolo di sorprese che spesso deriva dall'utilizzo di parti nuove per la prima volta.
Dal punto di vista del venditore, i vantaggi derivanti dal fornire supporto in relazione alla catena di segnale completa sono tangibili e si estendono, anch'essi, all'utente. Il gruppo di applicazioni del venditore, un fattore importante per il time to market, può aiutare gli utenti più facilmente, grazie alla conoscenza più approfondita del percorso antenna-a-bit e della specifica applicazione. Il venditore, in più, potrebbe individuare e ovviare ad eventuali lacune componentistiche nelle performance o nei dispositivi di cui si ha bisogno, come un preamplificatore buffer convertitore ottimizzato per un'applicazione specifica.
Il venditore può offrire una vasta gamma di parti, grazie all'eccesso a opzioni di confezione e tecniche di progettazione multiple (ad esempio, monolitiche, multichip, flip chip), non limitando la scelta dell'utente a una varietà ristretta. Gli utenti hanno la possibilità di scegliere le parti che presentano le migliori performance, oltre a diversi parametri.
Ad esempio, l'HMC703, sintetizzatore frazionale per ingressi RF CC-a-8 GHz (Figura 4) offre i migliori rumore di fase e performance spuria sul mercato (-112 dBc/Hz @ 8 GHz frazionale, 50 kHz offset), il che permette schemi di modulazione di ordine superiore. Offre anche la migliore FOM (figure of merit) di 230 dBc/Hz (modalità frazionale) e -233 dBc/Hz (modalità integrale). Tra le altre caratteristiche, inoltre, L'HMC703 è dotato di funzioni di sweep di frequenza e modulazione, trigger esterno, doppio buffering, controllo di frequenza esatto e modulazione di fase.
Figura 4: Il sintetizzatore frazionale HMC703 per ingressi RF CC-a-8 GHz offre i migliori rumore di fase, performance spuria e FOM (figure of merit) sul mercato.
Per gli utenti che preferiscono livelli più elevati di integrazione funzionale, il sintetizzatore a banda largaADF4355 a 6,8 GHz (Figura 5) offre un VCO integrale con una frequenza in uscita tra i 3400 MHz e i 6800 MHz. La frequenza del VCO è connessa per essere divisa per-1, 2, 4, 8, 16, 32, o 64 circuiti che consentono all'utente di generare frequenze basse fino a 54 MHz. Il sintetizzatore frazionale-N e il sintetizzatore intero-N offrono un contatore di modulo a 38-bit e ad alta risoluzione; il VCO offre basso rumore di fase, tra -113 dBc/Hz (100 kHz offset da 5,0 GHz operatore) e -155 dBc/Hz (10 MHz offset da 3,4 GHz operatore), oltre a un rumore di fase di fondo in-band normalizzato di -221/-223 dBc/Hz (Canale frazionale/Canale intero) e distorsione RMS Integrata di 150 fsec.
Figura 5: il sintetizzatore a banda larga ADF4355 a 6,8 GHz con VCO interno include anche un contatore di modulo a 38-bit, oltre a offrire rumore di fase di fondo in-band e rumore di fase estremamente bassi.
Un fornitore in grado di offrire un'ampia linea di prodotti apporta anche altri vantaggi al progetto. Il venditore ha una conoscenza più approfondita dell'intera catena del segnale e delle applicazioni corrispondenti, quindi può sviluppare strumenti di simulazione e di modellazione più ampi e migliori. Impostare le simulazioni diviene più facile e le lacune nella catena del segnale risultano poche o nulle.
ADIsimRF è, ad esempio, un calcolatore di catene di segnali RF di facile utilizzo che consente di calcolare il guadagno a cascata, l'indicatore del rumore, IP3, P1dB e il consumo di energia, Figura 6. Contiene modelli di dispositivo integrati per la maggior parte delle parti RF dell'ADI (comprese le Hittite, che è ora parte del portafoglio di ADI) e supporta fino a 20 fasi; tali dispositivi possono essere facilmente inseriti, rimossi o silenziati temporaneamente. Il calcolatore può essere commutato tra le Modalità di trasmissione e Modalità di ricezione e presenterà di dati, rispettivamente, come riferiti all'ingresso o riferiti all'uscita.
Figura 6: Un'impostazione iniziale essenziale per la progettazione di canali RF riguarda la simulazione e la modellazione del circuito; lo strumento ADIsimRF calcola i risultati di performance critici per catene di segnale che presentano fino a 20 parti.
Ci sono anche altri strumenti. L'ADIsimPLL è uno strumento di simulazione/progettazione di sintetizzatori PLL di semplice utilizzo, che supporta la simulazione degli effetti chiave non lineari che impattano le performance del PLL, compresi il rumore di fase, le spurie Frazionali-N e l'impulso anti-backlash; analogamente all'ADIsimRF, comprende le parti Hittite. Per i progettisti che stiano selezionando e valutando ADC ad alta velocità, VisualAnalog™ combina un potente set di strumenti di simulazione e analisi dei dati con un'interfaccia grafica user friendly, oltre a consentire ai progettisti di personalizzare i propri segnali di ingresso e analisi dei dati. I suoi calcoli personalizzabili consentono ai progettisti di predire gli ACPR (adjacent channel power ratio) e visualizzare la costellazione di illustrazioni I/Q relativa alle uscite ADC simulate o ai dati raccolti dalle schede di valutazione.
Conclusioni
Rivolgersi a un fornitore che offre un ampio portafoglio dall'antenna ai bit può semplificare la progettazione RF/wireless sotto molti punti di vista. Rende più semplice non solo la valutazione e la selezione delle parti di base, ma anche la modellazione, la simulazione e la risoluzione di problematiche relative a software e driver. Garantisce, in più, un miglior percorso di supporto alla progettazione, compresi i progetti di riferimento, l'ingegneristica di applicazione e le note di applicazione.
Allo stesso tempo, non limita il team di progettazione costringendolo a scegliere solo tra i prodotti offerti da un singolo venditore. Assicura, invece, che il team lavori con un venditore in grado di offrire una prospettiva d'insieme della catena di segnale, oltre alla volontà e ai mezzi per aiutare il team offrendo una gamma di parti di vari livelli di performance e costo.