簡介

未來天線設(shè)計(jì)的行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)是采用相控陣,。這種技術(shù)趨勢(shì)加上上市時(shí)間壓力，造成的開發(fā)時(shí)間縮短問題,，為相控陣系統(tǒng)領(lǐng)域的RF設(shè)計(jì)人員帶來了多項(xiàng)挑戰(zhàn),。與RF電子相關(guān)的挑戰(zhàn)包括：

·在多通道環(huán)境下驗(yàn)證RF電子

·跨多通道驗(yàn)證同步和校準(zhǔn)

·軟件開發(fā)與量產(chǎn)硬件開發(fā)并行

為了解決這些行業(yè)挑戰(zhàn),，新型多通道RF到數(shù)據(jù)開發(fā)平臺(tái)應(yīng)運(yùn)而生。此開發(fā)平臺(tái)集成了軟件可配置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器,、RF分發(fā),、功率調(diào)節(jié)和時(shí)鐘，以提供一個(gè)16通道,、S頻段的直接采樣解決方案。

集成RF采樣高速轉(zhuǎn)換器

ADI公司的高速轉(zhuǎn)換器在單芯片上集成了ADC,、DAC和數(shù)字信號(hào)算法模塊,。圖1所示的MxFE?四通道16位、12 GSPS RF DAC和四通道12位,、4 GSPS RF ADC即是一個(gè)示例,，包含4個(gè)ADC、4個(gè)DAC,、多個(gè)數(shù)字上/下變頻器,，以及數(shù)控振蕩器(NCO)和有限脈沖響應(yīng)(FIR)數(shù)字濾波器。DAC的采樣速率為12 GSPS,，ADC的采樣速率為4 GSPS,。模擬帶寬在S頻段內(nèi)提供直接采樣和波形生成，并進(jìn)入低C頻段,。

轉(zhuǎn)換器處理更廣泛的RF頻譜波段并嵌入片內(nèi)DSP功能,，使用戶能夠配置可編程的濾波器和數(shù)字上轉(zhuǎn)換和下轉(zhuǎn)換模塊，以滿足特定的射頻信號(hào)帶寬要求,。與在FPGA中執(zhí)行這些功能的架構(gòu)相比,，在專用芯片中實(shí)施嵌入式處理可以大幅降低功率。釋放寶貴的FPGA資源使得設(shè)計(jì)人員能夠更經(jīng)濟(jì)高效地使用FPGA,，或者將FPGA資源分配給更高級(jí)別的系統(tǒng)應(yīng)用處理,。

16通道、直接RF采樣開發(fā)平臺(tái)（四MxFE）

ADI公司推出的這款16通道,、直接RF采樣開發(fā)平臺(tái)如圖2所示,，其框圖如圖3所示。為了說明其命名約定：我們將集成式轉(zhuǎn)換器命名為混合信號(hào)前端(MxFE),，將包含4個(gè)MxFE的16通道板命名為四MxFE,。4個(gè)MxFE每個(gè)包含4個(gè)DAC和4個(gè)ADC，所以共有16個(gè)發(fā)射通道和16個(gè)接收通道,。

RF部分包含巴倫,、放大器和濾波器，可以簡化RF接口,。收發(fā)器通道上包含一個(gè)低通濾波器,，用于抑制DAC鏡像,，DAC輸出端則一般具有一個(gè)增益模塊。接收器通道上包含兩個(gè)增益和增益控制,，以及用于進(jìn)行二階奈奎斯特采樣的帶通濾波器,。濾波器采用Mini-Circuits的1206濾波器尺寸，所以用戶能夠通過替換濾波器來適配不同應(yīng)用,。

通道間隔為每個(gè)發(fā)射器/接收器對(duì)600mils,，支持X頻段、半波長,、單極元素格點(diǎn)間距,。采用這種尺寸時(shí)，設(shè)計(jì)顯示

每個(gè)單元數(shù)字波束形成系統(tǒng)可兼容高達(dá)X頻段的頻率,。在四MxFE直接生成S頻段的情況下,，可以額外添加單個(gè)RF混頻器，以實(shí)現(xiàn)X頻段頻率操作,。

其中包含時(shí)鐘電路,，且所有時(shí)鐘都使用相同的基準(zhǔn)頻率。每個(gè)轉(zhuǎn)換器的PLL于參考頻率鎖相,，并提供AD9081時(shí)鐘輸入,。包含測試點(diǎn)注入選項(xiàng)，以評(píng)估備用轉(zhuǎn)換器時(shí)鐘源,。數(shù)字時(shí)鐘也使用相同的基準(zhǔn)頻率,。一個(gè)時(shí)鐘芯片為AD9081提供SYSREF信號(hào)用于進(jìn)行同步，為FPGA提供所需的時(shí)鐘信號(hào),，并提供為AD9081提供參考頻率的選項(xiàng),，以使用AD9081的內(nèi)部PLL。

功率分配和穩(wěn)壓如圖4所示,。所需的所有電壓都源自單個(gè)12 V輸入,。功率分配設(shè)計(jì)包含開關(guān)穩(wěn)壓器組合，其后增加低噪聲線性穩(wěn)壓器,，用于提供對(duì)噪聲敏感的模擬電壓,。

圖1.16通道、直接RF采樣開發(fā)平臺(tái)（四MxFE）

圖2.AD9081功能性說明

圖3.四MxFE框圖

圖4.四MxFE功率分配

軟件控制

已開發(fā)的軟件,、固件和FPGA代碼,，實(shí)現(xiàn)了通過更高級(jí)的處理語言來實(shí)現(xiàn)平臺(tái)控制。MATLAB?腳本和GUI使系統(tǒng)工程師能夠開發(fā)出可以在MATLAB環(huán)境中直接與硬件連接的模型,。MATLAB接口支持直接在硬件中評(píng)估用戶自定義波形,。接收數(shù)據(jù)捕獲接口支持用戶特定的接收數(shù)據(jù)處理。

軟件和固件都是開源的，與基于我們新的收發(fā)器或轉(zhuǎn)換器的其他ADI模塊類似,。

結(jié)論

四MxFE RF至位開發(fā)平臺(tái)幫助實(shí)現(xiàn)了通用原型制作環(huán)境,。其功能包括：

· 跨多個(gè)轉(zhuǎn)換器IC和板的多通道同步的開發(fā)平臺(tái)。

· 在客戶之前通過評(píng)估板環(huán)境驗(yàn)證多通道性能,，而不是以同時(shí)測試多個(gè)通道為唯一目的來開發(fā)量產(chǎn)設(shè)計(jì),。

· 高度集成和功能，支持同時(shí)實(shí)施軟件開發(fā)和硬件生產(chǎn),。

· 與高速轉(zhuǎn)換器相關(guān),、包含所有電路的整個(gè)參考設(shè)計(jì)，包括RF I/O,、時(shí)鐘和同步電路,、功率分配、高速數(shù)字I/O路由,。

這些功能組合可以消除多通道RF系統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)中的原型制作步驟,，使RF工程師可以利用現(xiàn)有實(shí)現(xiàn),，集中精力開發(fā)系統(tǒng)解決方案,。RF到數(shù)據(jù)開發(fā)平臺(tái)最初計(jì)劃用于支持相控陣開發(fā)。但是,，其通用性使其能夠用于多通道RF系統(tǒng),，例如雷達(dá)、EW,、5G和儀器儀表應(yīng)用,。由此開發(fā)出單硬件、多應(yīng)用平臺(tái),，可以提供真正由軟件定義的多通道環(huán)境,。