Componentes para Hardware de Radio Definida por Software

¿Te gustaría escuchar las transmisiones de radio de la ISS y recopilar sus datos? Construye un sistema de hardware de radio definido por software.

Si quieres escuchar transmisiones satelitales, conectarte a tus sistemas de hogar inteligente, verificar tu ubicación GPS, navegar por internet y captar señales de radio FM todo a la vez, no necesitas una radio con múltiples transceptores. La radio definida por software es una metodología de diseño que traslada la carga del diseño de RF del diseñador de hardware al desarrollador de software, otorgando más flexibilidad a un nuevo sistema RF.

La radio definida por software no es para todos, y no se comercializa como tal. Este concepto y el hardware para soportarlo ha sido adoptado por la comunidad de código abierto. La radio definida por software encuentra principalmente su lugar en el ámbito militar, que hace un uso copioso de soluciones de radio con salto de frecuencia adaptativo. Con muchos dispositivos IoT más nuevos que potencialmente necesitan múltiples protocolos inalámbricos, la radio definida por software proporciona una manera sencilla de comunicarse sobre múltiples bandas de RF sin aumentar la huella de tu dispositivo o complicar tu diseño.

El valor de la radio definida por software

Para ilustrar el valor que podría proporcionar la radio definida por software, discutiré brevemente un proyecto reciente para un cliente. Una placa que diseñamos recientemente para un sistema de prueba y medición incluía cinco (sí, cinco) unidades transceptoras inalámbricas, todas operando sobre diferentes protocolos con diferentes módulos. Aunque se propuso la radio definida por software como solución, el cliente se mantuvo firme en sus requisitos por varias razones.

El valor de la radio definida por software en este caso único se aplica en muchos otros casos; permite al diseñador consolidar múltiples protocolos en una única unidad transceptora. En la placa que mencioné anteriormente, la mayoría del espacio de la placa estaba ocupado por componentes electromecánicos y una gran pantalla táctil, por lo que tenía menos sentido insistir en la radio definida por software. Sin embargo, hay algunos casos de uso comunes que justifican la incorporación de la radio definida por software en un nuevo producto:

• Múltiples protocolos. Esto es obvio pero aún así merece algo de elaboración. La radio definida por software te da acceso a múltiples bandas en un solo componente sin aumentar el número de partes. 

• Ahorro de espacio en la placa. Puedes eliminar uno o más transceptores dedicados a otros protocolos mediante el uso de radio definida por software. Esto ahorra espacio en la placa para componentes que pueden soportar otras funciones. 

• Protocolos primarios vs. secundarios. Con la radio definida por software, puedes acceder a protocolos adicionales según sea necesario sin dedicar espacio a un chipset adicional. 

• Interceptación. Ya sea que quieras interceptar comunicaciones no cifradas, o quieras prevenir la interceptación, la radio definida por software hace ambas cosas posibles. En particular, la radio con salto de frecuencia es fácil de implementar usando radio definida por software.

SoCs de MCU con transceptores inalámbricos integrados han tomado esta dirección últimamente. Algunas líneas de productos han integrado un protocolo popular como WiFi o Bluetooth, pero no he visto transceptores para otros protocolos menos utilizados integrados en estos chips. Esto es parcialmente un problema de oferta y demanda; estos componentes se dirigen principalmente a productos de consumo, por lo que pueden producirse a gran escala. Además, gran parte del panorama inalámbrico funciona con estos dos protocolos (además de celular) que tiene sentido apuntar a ellos para la integración en un SoC. No podemos dejar de lado lo celular; algunos componentes se comercializan específicamente como compatibles con celular 3G y 4G además de otras bandas de frecuencia (ver más abajo).

Esto conduce al principal compromiso involucrado en el diseño para radio definida por software con componentes de grado de producción: costos más altos. Estos componentes aún se producen en volúmenes más bajos que sus contrapartes SoC y otros transceptores RF dedicados a bandas específicas, por lo que estos componentes vienen con precios más altos para cubrir los costos. Sin embargo, el ahorro en espacio en la placa y flexibilidad podría superar enormemente los costos de los componentes.

Opciones de Componentes para Radio Definida por Software

El componente principal que necesitarás seleccionar para un sistema de radio definida por software es un IC transceptor. Estos componentes están construidos con interfaces estándar y algunas otras características, lo que los hace ideales para la integración en otros productos inalámbricos. Necesitarás un procesador embebido de algún tipo para ejecutar tu código, pero tu elección de MCU/FPGA/otro procesador depende de la configuración del transceptor que utilizarás.

Aquí hay algunas opciones para tu próximo sistema de radio definida por software.

Analog Devices, AD9361

El AD9361 de Analog Devices es una solución transceptora de banda ancha altamente integrada que soporta hardware de radio definida por software. Este producto está comercializado para uso militar, así como para estaciones base 3G y 4G, pero soporta otras bandas de 70 MHz a 6 GHz con operación FDD o TDD. El PLL fraccional integrado proporciona un tamaño de paso extremadamente preciso hasta 2.5 Hz, así como un ancho de banda de canal sintonizable desde

Disposición de la placa de evaluación mostrando un diagrama de bloques para un transceptor integrado programable 2 × 2 AD9361. [Fuente: Resumen de Producto de Analog Devices]

Otros componentes de la serie RadioVerse de Analog Devices incluyen los otros transceptores de la familia AD936X y el AD9375. Este último está destinado a proporcionar a los fabricantes de teléfonos inteligentes y a las compañías de telecomunicaciones una manera fácil de transicionar de 4G a 5G NR sin requerir cambios en los teléfonos. Analog Devices ha producido el transceptor de radio definido por software con mayor integración hasta la fecha. Aparte de este componente y sus variantes, otra manera de comenzar a desarrollar para radio definido por software es elegir un sintetizador de banda ancha y receptor.

Maxim Integrated, MAX2150

El MAX2150 de Maxim Integrated es un sintetizador de banda ancha simplificado para uso en radio definido por software y otras aplicaciones de RF. Este componente en particular se dirige a aplicaciones que funcionan desde 700 MHz hasta 2300 MHz, proporcionando un amplio rango espectral. Como un sintetizador de precisión construido sobre un PLL fraccional, ofrece una resolución inferior a 0.05 Hz cuando se utiliza con un reloj de referencia de 10 MHz. Este componente también incluye un amplificador de salida, lo que elimina el uso de un amplificador de RF externo excepto cuando se requiere un alcance muy largo.

Corriente de suministro, potencia de salida y diagrama de bloques para el MAX2150, del datasheet del MAX2150.

Otros Componentes para Radio Definido por Software

Aparte de estos dos componentes, las únicas opciones para circuitos integrados transceptores en el mercado son un componente de marca desconocida que no recomendaría. Sin embargo, puedes construir tu propio módulo transceptor con una huella pequeña usando una serie de otros componentes. Estos incluyen:

• Amplificadores de potencia RF

• MCU, FPGA u otro PLD

• Componentes DSP de propósito general (si optas por no realizar DSP en un MCU)

• Filtros RF

• Sintetizadores, transmisores y receptores

• ADCs y DACs

Ya sea que quieras capturar múltiples transmisiones a la vez o necesites consolidar componentes en un paquete más pequeño, puedes encontrar los componentes de hardware para radio definido por software que necesitas con el motor de búsqueda de electrónica adecuado. Octopart te ofrece un conjunto completo de herramientas de búsqueda con características de filtración avanzadas para la adquisición y gestión de la cadena de suministro. Echa un vistazo a nuestra página de circuitos integrados para comenzar tu búsqueda de los componentes que necesitas.

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