Composants pour le matériel de radio logicielle

Voulez-vous écouter les transmissions radio de l'ISS et collecter leurs données ? Construisez un système matériel de radio logicielle.

Si vous souhaitez écouter des diffusions satellites, vous connecter à vos systèmes domotiques, vérifier votre position GPS, surfer sur internet et capter des signaux radio FM, tout cela en même temps, vous n'avez pas besoin d'une radio avec plusieurs émetteurs-récepteurs. La radio logicielle est une méthodologie de conception qui transfère le fardeau de la conception RF du concepteur matériel au développeur logiciel, offrant ainsi plus de flexibilité à un nouveau système RF.

La radio logicielle n'est pas pour tout le monde, et elle n'est pas commercialisée comme telle. Ce concept et le matériel pour le soutenir ont été adoptés par la communauté open-source. La radio logicielle trouve principalement sa place dans le domaine militaire, qui utilise abondamment des solutions radio à saut de fréquence adaptatives. Avec de nombreux nouveaux appareils IoT nécessitant potentiellement plusieurs protocoles sans fil, la radio logicielle offre un moyen simple de communiquer sur plusieurs bandes RF sans augmenter l'empreinte de votre appareil ou compliquer votre agencement.

La valeur de la radio logicielle

Pour illustrer la valeur que pourrait apporter la radio logicielle, je vais brièvement discuter d'un projet récent pour un client. Un récent circuit que nous avons conçu pour un système de test et de mesure incluait cinq (oui, cinq) unités émetteur-récepteur sans fil, toutes fonctionnant selon différents protocoles avec différents modules. Bien que la radio logicielle ait été proposée comme solution, le client était attaché à ses exigences pour plusieurs raisons.

La valeur de la radio logicielle dans ce cas unique s'applique dans de nombreux autres cas ; elle permet au concepteur de consolider plusieurs protocoles dans une seule unité émetteur-récepteur. Dans le circuit que j'ai mentionné ci-dessus, la majorité de l'espace du circuit était occupée par des composants électromécaniques et un grand écran tactile, donc il était moins évident de pousser pour la radio logicielle. Cependant, il existe quelques cas d'utilisation courants qui justifient l'intégration de la radio logicielle dans un nouveau produit :

• Protocoles multiples. Cela semble évident mais mérite tout de même quelques précisions. La radio logicielle vous donne accès à plusieurs bandes dans un seul composant sans augmenter le nombre de pièces.

• Économie d'espace sur le circuit. Vous pouvez éliminer un ou plusieurs émetteurs-récepteurs dédiés à d'autres protocoles en utilisant la radio logicielle. Cela économise de l'espace sur le circuit pour des composants pouvant soutenir d'autres fonctions.

• Protocoles primaires vs secondaires. Avec la radio logicielle, vous pouvez accéder à des protocoles supplémentaires selon les besoins sans dédier de l'espace à un jeu de puces supplémentaire.

• Interception. Que vous souhaitiez écouter des communications non cryptées, ou que vous vouliez empêcher l'interception, la radio logicielle rend les deux possibles. En particulier, la radio à saut de fréquence est facile à mettre en œuvre en utilisant la radio logicielle.

Les SoC MCU avec des transceivers sans fil intégrés ont pris cette direction dernièrement. Certaines lignes de produits ont intégré un protocole populaire comme le WiFi ou le Bluetooth, mais je n'ai pas vu de transceivers pour d'autres protocoles moins utilisés intégrés dans ces puces. Cela est en partie un problème d'offre et de demande ; ces composants ciblent principalement les produits grand public, donc ils peuvent être produits à grande échelle. De plus, une grande partie du paysage sans fil fonctionne sur ces deux protocoles (en plus du cellulaire) ce qui rend logique de les cibler pour l'intégration dans un SoC. Nous ne pouvons pas exclure le cellulaire du mix ; certains composants sont spécifiquement commercialisés comme prenant en charge la 3G et la 4G cellulaire en plus d'autres bandes de fréquences (voir ci-dessous).

Cela conduit au principal compromis impliqué dans la conception pour la radio logicielle avec des composants de grade production : des coûts plus élevés. Ces composants sont encore produits en volume inférieur à leurs homologues SoC et autres transceivers RF dédiés à des bandes spécifiques, donc ces composants viennent avec des prix plus élevés pour couvrir les coûts. Cependant, les économies en espace sur le circuit imprimé et la flexibilité pourraient largement compenser les coûts des composants.

Options de composants pour la radio logicielle

Le composant principal que vous devrez sélectionner pour un système de radio logicielle est un CI transceiver. Ces composants sont construits avec des interfaces standard et d'autres fonctionnalités, les rendant idéaux pour l'intégration dans d'autres produits sans fil. Vous aurez besoin d'un processeur embarqué d'une sorte pour exécuter votre code, mais votre choix de MCU/FPGA/autre processeur dépend de la configuration du transceiver que vous utiliserez.

Voici quelques options pour votre prochain système de radio logicielle.

Analog Devices, AD9361

Le AD9361 d'Analog Devices est une solution de transceiver à large bande hautement intégrée qui prend en charge le matériel de radio logicielle. Ce produit est commercialisé pour une utilisation militaire, ainsi que pour les stations de base 3G et 4G, mais il prend en charge d'autres bandes de 70 MHz à 6 GHz avec fonctionnement FDD ou TDD. Le PLL fractionnaire intégré fournit une taille de pas extrêmement précise jusqu'à 2,5 Hz, ainsi qu'une largeur de bande de canal réglable à partir de

Disposition de la carte d'évaluation montrant un schéma de bloc pour un transceiver intégré programmable AD9361 2 × 2. [Source : Bref produit d'Analog Devices]

Les autres composants de la série RadioVerse d'Analog Devices incluent les autres émetteurs-récepteurs de la famille AD936X et l'AD9375. Ce dernier est destiné à fournir aux fabricants de smartphones et aux compagnies de télécommunications un moyen facile de passer de la 4G à la 5G NR sans nécessiter de changements de téléphones portables. Analog Devices a produit l'émetteur-récepteur radio défini par logiciel avec le plus haut niveau d'intégration à ce jour. Outre ce composant et ses variantes, l'autre manière de commencer à développer pour la radio définie par logiciel est de choisir un synthétiseur large bande et un récepteur.

Maxim Integrated, MAX2150

Le MAX2150 de Maxim Integrated est un synthétiseur large bande simplifié pour utilisation dans la radio définie par logiciel et d'autres applications RF. Ce composant particulier cible des applications fonctionnant de 700 MHz à 2300 MHz, offrant une large gamme spectrale. En tant que synthétiseur de précision basé sur un PLL fractionnaire, il fournit une résolution inférieure à 0,05 Hz lorsqu'il est utilisé avec une horloge de référence de 10 MHz. Ce composant inclut également un amplificateur de sortie, ce qui élimine l'utilisation d'un amplificateur RF externe sauf lorsque une très longue portée est requise.

Courant d'alimentation, puissance de sortie, et schéma de bloc pour le MAX2150, tiré de la fiche technique du MAX2150.

Autres composants pour la radio définie par logiciel

Outre ces deux composants, les seules options pour les circuits intégrés émetteurs-récepteurs intégrés sur le marché sont un composant de marque inconnue que je ne recommanderais pas. Cependant, vous pouvez construire votre propre module émetteur-récepteur avec un petit encombrement en utilisant une multitude d'autres composants. Ceux-ci incluent :

• Amplificateurs de puissance RF

• MCU, FPGA, ou autre PLD

• Composants DSP polyvalents (si vous choisissez de ne pas effectuer le DSP sur un MCU)

• Filtres RF

• Synthétiseurs, émetteurs, et récepteurs

• CAN et CNA

Que vous souhaitiez capturer plusieurs transmissions à la fois ou que vous ayez besoin de consolider des composants dans un emballage plus petit, vous pouvez trouver les composants matériels de radio définie par logiciel dont vous avez besoin avec le bon moteur de recherche électronique. Octopart vous offre un ensemble complet d'outils de recherche avec des fonctionnalités de filtration avancées pour l'approvisionnement et la gestion de la chaîne d'approvisionnement. Jetez un œil à notre page de circuits intégrés pour commencer votre recherche des composants dont vous avez besoin.

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