Componenti per l'Hardware della Radio Definita dal Software

Vuoi ascoltare le trasmissioni radio della ISS e raccoglierne i dati? Costruisci un sistema hardware per radio definita dal software.

Se vuoi ascoltare trasmissioni satellitari, connetterti ai tuoi sistemi domotici, controllare la tua posizione GPS, navigare in internet e ricevere segnali radio FM, tutto in una volta, non hai bisogno di una radio con più trasmettitori. La radio definita dal software è una metodologia di progettazione che sposta l'onere della progettazione RF dal progettista hardware allo sviluppatore software, conferendo a un nuovo sistema RF maggiore flessibilità.

La radio definita dal software non è per tutti, e non viene commercializzata come tale. Questo concetto e l'hardware per supportarlo sono stati abbracciati dalla comunità open-source. La radio definita dal software trova principalmente applicazione nel settore militare, che fa ampio uso di soluzioni radio adattive con salto di frequenza. Con molti nuovi dispositivi IoT che potenzialmente necessitano di multipli protocolli wireless, la radio definita dal software fornisce un modo semplice per comunicare su più bande RF senza aumentare l'ingombro del tuo dispositivo o complicare il tuo layout.

Il Valore della Radio Definita dal Software

Giusto per illustrare il valore che potrebbe essere fornito dalla radio definita dal software, discuterò brevemente un recente progetto per un cliente. Una recente scheda che abbiamo progettato per un sistema di test e misurazione includeva cinque (sì, cinque) unità trasmettitrici wireless, tutte operanti su protocolli diversi con moduli differenti. Sebbene la radio definita dal software fosse stata proposta come soluzione, il cliente era vincolato alle proprie esigenze per una serie di motivi.

Il valore della radio definita dal software in questo caso unico si applica in molti altri casi; permette al progettista di consolidare multipli protocolli in un'unica unità trasmettitrice. Nella scheda a cui mi riferivo sopra, la maggior parte dello spazio sulla scheda era occupata da componenti elettromeccanici e un grande schermo touch, quindi aveva meno senso insistere per la radio definita dal software. Tuttavia, ci sono alcuni casi d'uso comuni che giustificano l'integrazione della radio definita dal software in un nuovo prodotto:

• Multipli protocolli. Questo è ovvio ma merita comunque un'elaborazione. La radio definita dal software ti dà accesso a multipli bande in un singolo componente senza aumentare il numero di parti.

• Risparmio di spazio sulla scheda. Puoi eliminare uno o più trasmettitori dedicati ad altri protocolli utilizzando la radio definita dal software. Questo risparmia spazio sulla scheda per componenti che possono supportare altre funzioni.

• Protocolli primari vs. secondari. Con la radio definita dal software, puoi accedere a protocolli extra su base ad hoc senza dedicare spazio a un chipset aggiuntivo.

• Intercettazioni. Che tu voglia intercettare comunicazioni non criptate, o che tu voglia prevenire intercettazioni, la radio definita dal software rende entrambe le cose possibili. In particolare, è facile implementare la radio con salto di frequenza utilizzando la radio definita dal software.

MCU SoC con trasmettitori wireless integrati hanno preso questa direzione ultimamente. Alcune linee di prodotto hanno integrato un protocollo popolare come WiFi o Bluetooth, ma non ho visto trasmettitori per altri protocolli meno usati integrati in questi chip. Questo è in parte un problema di offerta e domanda; questi componenti sono per lo più destinati ai prodotti di consumo, quindi possono essere prodotti in grande scala. Inoltre, gran parte del panorama wireless funziona su questi due protocolli (oltre al cellulare) che ha senso puntare su di loro per l'integrazione in un SoC. Non possiamo lasciare fuori il cellulare; alcuni componenti sono specificamente commercializzati come supporto per il 3G e il 4G cellulare in aggiunta ad altre bande di frequenza (vedi sotto).

Questo porta al principale compromesso coinvolto nella progettazione per la radio definita dal software con componenti di grado produttivo: costi più elevati. Questi componenti sono ancora prodotti in volumi inferiori rispetto ai loro omologhi SoC e altri trasmettitori RF dedicati a bande specifiche, quindi questi componenti hanno prezzi più alti per coprire i costi. Tuttavia, il risparmio in termini di spazio sul circuito stampato e flessibilità potrebbe ampiamente compensare i costi dei componenti.

Opzioni di Componenti per Radio Definita dal Software

Il componente principale che dovrai selezionare per un sistema radio definito dal software è un IC trasmettitore. Questi componenti sono costruiti con interfacce standard e alcune altre caratteristiche, rendendoli ideali per l'integrazione in altri prodotti wireless. Avrai bisogno di un processore embedded di qualche tipo per eseguire il tuo codice, ma la tua scelta di MCU/FPGA/altro processore dipende dalla configurazione del trasmettitore che utilizzerai.

Ecco alcune opzioni per il tuo prossimo sistema radio definito dal software.

Analog Devices, AD9361

L'AD9361 di Analog Devices è una soluzione trasmettitore a banda larga altamente integrata che supporta l'hardware per radio definita dal software. Questo prodotto è commercializzato per uso militare, così come per stazioni base 3G e 4G, ma supporta altre bande da 70 MHz a 6 GHz con operazioni FDD o TDD. Il PLL frazionario integrato fornisce una dimensione di passo estremamente precisa fino a 2,5 Hz, così come una larghezza di banda del canale sintonizzabile da

Layout della scheda di valutazione che mostra uno schema a blocchi per un trasmettitore integrato programmabile AD9361 2 × 2. [Fonte: Breve descrizione del prodotto di Analog Devices]

Altri componenti della serie RadioVerse di Analog Devices includono gli altri trasmettitori della famiglia AD936X e l'AD9375. Quest'ultimo è pensato per offrire ai produttori di smartphone e alle compagnie di telecomunicazioni un modo semplice per passare dal 4G al 5G NR senza richiedere cambiamenti agli handset. Analog Devices ha prodotto il trasmettitore radio definito dal software con il maggior grado di integrazione fino ad oggi. Oltre a questo componente e alle sue varianti, l'altro modo per iniziare a sviluppare per la radio definita dal software è scegliere un sintetizzatore a banda larga e un ricevitore.

Maxim Integrated, MAX2150

Il MAX2150 di Maxim Integrated è un sintetizzatore a banda larga semplificato per l'uso nella radio definita dal software e altre applicazioni RF. Questo particolare componente è destinato ad applicazioni che vanno da 700 MHz a 2300 MHz, fornendo un ampio spettro di frequenze. Come sintetizzatore di precisione basato su un PLL frazionario, offre una risoluzione inferiore a 0,05 Hz quando utilizzato con un orologio di riferimento a 10 MHz. Questo componente include anche un amplificatore di uscita, che elimina l'uso di un amplificatore RF esterno eccetto quando è richiesto un raggio d'azione molto lungo.

Corrente di alimentazione, potenza di uscita e diagramma a blocchi per il MAX2150, dal datasheet del MAX2150.

Altri Componenti per la Radio Definita dal Software

Oltre a questi due componenti, le uniche opzioni per circuiti integrati trasmettitori integrati sul mercato sono componenti di marche meno note che non raccomanderei. Tuttavia, è possibile costruire il proprio modulo trasmettitore con un ingombro ridotto utilizzando una serie di altri componenti. Questi includono:

• Amplificatori di potenza RF

• MCU, FPGA o altri PLD

• Componenti DSP di uso generale (se si sceglie di non eseguire DSP su un MCU)

• Filtri RF

• Sintetizzatori, trasmettitori e ricevitori

• ADC e DAC

Se vuoi catturare più trasmissioni contemporaneamente o hai bisogno di consolidare i componenti in un pacchetto più piccolo, puoi trovare i componenti hardware per la radio definita dal software di cui hai bisogno con il motore di ricerca elettronico giusto. Octopart ti offre un set completo di strumenti di ricerca con funzionalità avanzate di filtraggio per l'approvvigionamento e la gestione della catena di fornitura. Dai un'occhiata alla nostra pagina sui circuiti integrati per iniziare la tua ricerca dei componenti di cui hai bisogno.

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