完全なRF信号チェーン用の包括的なコンポーネントの選択肢を提供するベンダーを使用すると、複数のデバイスの選択肢とトレードオフを提示することで設計をスピードアップできると同時に、予期しない事態を最小限に抑えることができます。
RF/ワイヤレス設計者は、従来、アナログ アンテナとデジタル ビット間の信号チェーンの重要な部分を提供する専門ベンダーから優れたサービスを受けてきました。ベンダーの世界は、受信チャネルと送信チャネルの機能ブロックやコンポーネントの中でも、PLL、LNA、ADC、DACの独立系サプライヤーで溢れており、現在もその状態が続いています。
ただし、技術の進歩により、ICやモジュールとして実装されるRF/ワイヤレス機能の数が増えるにつれて、このマルチソース モデルは進化しています。改善されたICプロセスにより、ICベンダーはこれまでとは異なるベンダーの複数のデバイスで提供されていた機能を提供しながら、さらに高い周波数範囲に移行できるようになりました。設計エンジニアは、さまざまなソースから信号チェーンを組み立てる代わりに、必要なコンポーネントのすべてまたはほぼすべてを単一の認定ソースから調達できるようになりました。
その結果、設計者はプロジェクトのシグナル チェーン要件の計画、分析、および実現に新しいアプローチを採用できるようになります。複数のWebサイトやベンダーのデータシートのスタイルや定義を調整する代わりに、設計者は、要件に応じて必須の属性と望ましい属性が適切にバランスされたコンポーネントを見つけることに集中できます。これにより、時間の節約、フラストレーションの軽減、および今日の設計環境におけるコンポーネントの適切なマッチングの簡素化が可能になります。今日の設計環境では、パフォーマンスのあらゆるdBが重要となり、損失が蓄積され、2次および3次仕様が、かろうじて「十分な」設計と要件を完全に満たす設計の違いとなります (図1)。
図1: 今日の設計エンジニアは、厳しいパフォーマンス要件とともに、より高い周波数でより多くの機能を複雑な設計に組み込む必要があります。
単なる気分を良くするマーケティングの誇大宣伝以上のもの
2014年にAnalog Devices, Inc (ADI) がHittite Microwave Corp. を買収したことからもわかるように、完全なシグナル チェーン製品ラインを備えたベンダーに目を向ける設計者には、目に見えるメリットがあります。当時、各ベンダーは、主にRF信号チェーンの個別の機能領域と周波数領域で尊敬されるリーダーであり、重複部分はわずかでした。この統合により、生産効率、テスト、サプライチェーン管理の面で内部的なメリットがもたらされましたが、実際に恩恵を受けるのは、コンポーネントとベンダーを決定する必要がある設計者です。デザイナーは、クラス最高のテクノロジーと、提供可能なサポート付き製品にワンストップでアクセスできるようになりました。
エンジニアにとってのこれらの利点にはいくつかの理由があります。まず、設計者は、パフォーマンスのトレードオフと範囲、および価格/パフォーマンスの向上という観点から、信号チェーンのコンポーネントの幅広い可能性をより簡単に把握できるようになりました。また、シグナル チェーンのコンポーネントがパラメータとパフォーマンスの点で互いに適合するため、設計上の悩み、時間、リスクも軽減されます。たとえば、適切なハイエンドA/Dコンバーターを選択してから、それに適合するバッファ アンプを探すといった設計にかかる時間が短縮されます。その代わりに、単一のベンダーが両方を提供し、オンライン選択ガイドを通じて設計者に組み合わせを提案できるようになります。
ローエンドのスペクトラム アナライザの代表的なRF設計について考えてみましょう 図2。アナログ・デバイセズは現在、すべてのアクティブ機能について、各デバイスを完全に特徴付ける複数のパラメータの中から、さまざまなパフォーマンス仕様を備えたコンポーネントの選択肢を提供しています。
図2: Analog Devicesは、一般的なローエンド スペクトル アナライザのこのブロック図で、「1つのサイズですべてに対応」するのではなく、アクティブ コンポーネント機能ごとにコンポーネントの選択肢を提供します。
幅広く奥深い製品ラインを利用できることは、デザイナーにさまざまな良い影響を与えます。まず、ステージ間の電気的および仕様の互換性が保証された、より完全に特性化されたソリューションがあります。これら全体でパラメータ定義と用語が一貫しているということは、設計者は、あるベンダーが特定の機能に対して使用する定義とテスト条件が、別のベンダーが使用するものと同じであるかどうかを調べる必要がなくなることを意味します。
SFDR、ダイナミック レンジ、帯域幅、ENOB、IP3、ノイズ指数などの要素は、意味のある部品間の比較でより簡単に比較できます。同時に、設計者は機能ブロック間のインターフェースの定義と互換性が一貫していることを保証できるため、エンドツーエンドのコンポーネントの文字列を選択するプロセスが容易になります。
また、今日の設計チームがプロジェクトのフレームワークとベースラインを確立するために大きく依存しているリファレンス設計に関しても、影響があります。単一のベンダーがシグナル チェーン内のアクティブ デバイスのすべてまたはほとんどを提供する場合、デジタイザなどの単一のコンポーネントまたはサブ機能の部分的な設計ではなく、完全でテスト済み、完全に特性評価されたリファレンス設計とドキュメントを開発することが可能になります。これにより、ユーザーの意思決定と評価が迅速化されます。さらに、ベンダーは、GUIやテスト スイートなどの重要なサポート ソフトウェア、さらには業界標準への正式な認定も提供できます。
例えば、アナログ・デバイセズの CN0320 は、可変ベースバンドゲインとプログラム可能なベースバンドフィルタリング、およびデュアルADCを備えた、柔軟で周波数に敏感な直接変換IF-ベースバンド受信機です。 図3。回路の中核は、フラクショナルN PLLとVCOを備えた統合I/Q復調器です。PLL/VCOは、1つの基準周波数だけで、750 MHz ～ 1150 MHzのローカル発振器を提供できます。正確な直交バランスと低い出力DCオフセットにより、エラー ベクトル振幅 (EVM) の劣化が最小限に抑えられます。
この回路のすべてのコンポーネント間のインターフェースは完全に差動であり、ステージ間でDC結合が必要な場合、隣接するステージのバイアス レベルは互いに互換性があります。完全なリファレンス設計パッケージには、回路図、BOM、Gerberファイル、Allegroファイル、さらにはアセンブリ図も含まれています。
図3: ベンダーが提供するリファレンス デザインは、設計上の決定においてますます重要な部分になっています。この簡略化されたダイレクト コンバージョンIFからベースバンドへの受信機の回路図では、アンテナからビットへの信号チェーンの中核として、アナログ デバイス社のRFコンポーネント3つを使用しています。
その結果、中程度の性能でコストに敏感な製品から最先端の高性能システムまで、時間に追われているシステムの設計者は、各段階で「最適な」部品を決定するために費やす時間が短縮されます。代わりに、アプリケーションの最も重要な段階に集中でき、詳細なシステム設計とテストに多くの時間を費やすことができます。さらなる利点として、単一の資格のある評判の良いサプライヤーと取引できるため、BOMの課題が軽減されます。既知のコンポーネントをアップグレードされた設計や製品の拡張で再利用できるという、より簡単なオプションも得られるため、新しい部品を初めて使用するときによく発生する潜在的な驚きを最小限に抑えることができます。
ベンダー側では、完全なシグナルチェーンのサポートを証明することで具体的なメリットが得られ、そのメリットはすぐにユーザーにも広がります。市場投入までの時間において重要な要素であるベンダーのアプリケーション グループは、アンテナからビットまでのパス全体と特定のアプリケーションに関する深い技術的洞察力を備えているため、ユーザーを支援するのに適した立場にあります。さらに、ベンダーは、特定のアプリケーションに最適化されたコンバータ バッファ プリアンプなど、必要なデバイスまたはパフォーマンスにおける潜在的なコンポーネントのギャップを認識し、それを埋めたいと考えています。
ベンダーは、ユーザーを制限されたメニューに限定するのではなく、複数の設計手法とパッケージング オプション (モノリシック、マルチチップ、フリップ チップなど) へのアクセスに基づいて、幅広い部品を提供できます。ユーザーは、さまざまなパラメータに沿ってクラス最高のパフォーマンスを備えた部品を選択できます。
たとえば、DC ～ 8 GHz RF入力用の HMC703 フラクショナル シンセサイザー (図4) は、業界最高の位相ノイズおよびスプリアス性能 (-112 dBc/Hz @ 8 GHzフラクショナル、50 kHzオフセット) を備えているため、より高次の変調方式が可能になります。また、-230 dBc/Hz (分数モード) および -233 dBc/Hz (積分モード) という最高の性能指数 (FOM) も備えています。さらに、HMC703は、周波数スイープおよび変調機能、外部トリガー、ダブルバッファリング、正確な周波数制御、位相変調などの機能を備えています。
図4: DC ～ 8 GHz RF入力用のHMC703フラクショナル シンセサイザーは、業界最高の位相ノイズおよびスプリアス性能と性能指数 (FOM) を特長としています。
より高度な機能統合を希望するユーザー向けに、 ADF4355 6.8 GHz広帯域シンセサイザ (図5) には、基本出力周波数が3400 MHz ～ 6800 MHzの積分VCOが搭載されています。VCO周波数は、1、2、4、8、16、32、または64の分周回路に接続されており、ユーザーは54 MHzという低い周波数を生成できます。フラクショナルNシンセサイザと整数Nシンセサイザは、高解像度の38ビット モジュラス カウンターを備えています。VCOは、-113 dBc/Hz (5.0 GHzキャリアからの100 kHzオフセット) ～ -155 dBc/Hz (3.4 GHzキャリアからの10 MHzオフセット) の低位相ノイズと、-221/-223 dBc/Hz (分数チャネル/整数チャネル) の正規化された帯域内位相ノイズ フロア、および150 fsecの統合RMSジッタを提供します。
図5: 内部VCOを備えたADF4355 6.8 GHz広帯域シンセサイザには、38ビットのモジュラス カウンタも搭載されており、位相ノイズと帯域内位相ノイズ フロアが非常に低くなっています。
幅広いラインのサプライヤーは、プロジェクトに他の利点ももたらします。ベンダーはシグナル チェーン全体とアプリケーションのマッチアップについてより深い洞察を持っているため、より優れた幅広いモデリングおよびシミュレーション ツールを開発できます。信号チェーンにギャップがほとんどまたはまったくなくなるため、シミュレーションの設定が容易になります。
たとえば、ADIsimRFは、カスケード ゲイン、ノイズ フィギュア、IP3、P1dB、および消費電力を計算する、使いやすいRF信号チェーン計算機です (図6)。この計算機には、ADIのほとんどのRFコンポーネント (現在ADIのポートフォリオの一部であるHittiteが提供するものを含む) の組み込みデバイス モデルが含まれており、最大20ステージをサポートしており、ステージの挿入、削除、または一時的なミュートが簡単に行えます。計算機は送信モードと受信モードを切り替えることができ、データはそれぞれ出力基準と入力基準として表示されます。
図6: RFチャネル設計における重要な事前ステップは回路のモデリングとシミュレーションです。ADIsimRFツールは、最大20個のコンポーネントからなる信号チェーンの重要なパフォーマンス結果を計算します。
他にもツールはあります。ADIsimPLLは、位相ノイズ、フラクショナルNスパー、アンチバックラッシュ パルスなど、PLLパフォーマンスに影響を与える主要な非線形効果のシミュレーションをサポートする、使いやすいPLLシンセサイザー設計/シミュレーション ツールです。ADIsimRFと同様に、Hittiteコンポーネントが含まれています。高速ADCを選択または評価する設計者にとって、VisualAnalog™ 強力なシミュレーションおよびデータ分析ツールのセットとユーザーフレンドリーなグラフィカル インターフェイスを組み合わせ、設計者が入力信号とデータ分析をカスタマイズできるようにします。カスタマイズ可能な計算により、設計者は隣接チャネル電力比 (ACPR) を予測し、シミュレートされたADC出力または評価ボードから収集されたデータにI/Qコンステレーション プロットを表示できます。
結論
アンテナからビットまで幅広いポートフォリオを持つサプライヤーを探すことで、さまざまな側面でRF/ワイヤレス設計を簡素化できます。基本的なコンポーネントの検討と選択だけでなく、モデリング、シミュレーション、ソフトウェア ドライバーの問題も軽減します。さらに、リファレンス デザイン、アプリケーション エンジニアリング、アプリケーション ノートなど、より優れた設計サポート パスも提供します。
同時に、設計チームを制約せず、単一のベンダーの製品のみを選択するように強制することもありません。ただし、これにより、チームは、シグナル チェーンの全体像を把握し、さまざまなレベルのパフォーマンスとコストのさまざまな部品でシグナル チェーンをサポートするインセンティブと手段を備えたベンダーと連携していることが保証されます。