Komponenty dla sprzętu radiowego definiowanego programowo

Chciałbyś słuchać transmisji radiowych ISS i zbierać ich dane? Zbuduj sprzęt radiowy zdefiniowany programowo.

Jeśli chcesz słuchać transmisji satelitarnych, łączyć się z systemami inteligentnego domu, sprawdzać swoją lokalizację GPS, surfować po internecie i odbierać sygnały radia FM jednocześnie, nie potrzebujesz radia z wieloma nadajnikami. Radio zdefiniowane programowo to jedna z metod projektowania, która przenosi ciężar projektowania RF z projektanta sprzętu na programistę, dając nowemu systemowi RF większą elastyczność.

Radio zdefiniowane programowo nie jest dla każdego i nie jest jako takie reklamowane. Ten koncept oraz sprzęt go wspierający zostały przyjęte przez społeczność open-source. Radio zdefiniowane programowo znajduje głównie zastosowanie w wojsku, które intensywnie korzysta z adaptacyjnych rozwiązań radiowych z hoppingiem częstotliwości. Z wieloma nowymi urządzeniami IoT potencjalnie potrzebującymi wielu protokołów bezprzewodowych, radio zdefiniowane programowo zapewnia prosty sposób na komunikację przez wiele pasm RF bez zwiększania rozmiaru urządzenia czy komplikowania układu.

Wartość radia zdefiniowanego programowo

Aby zilustrować wartość, jaką może dostarczyć radio zdefiniowane programowo, krótko omówię niedawny projekt dla klienta. Niedawna płyta, którą zaprojektowaliśmy dla systemu testowo-pomiarowego, zawierała pięć (tak, pięć) jednostek nadawczo-odbiorczych, wszystkie działające na różnych protokołach z różnymi modułami. Chociaż jako rozwiązanie zaproponowano radio zdefiniowane programowo, klient z różnych powodów trzymał się swoich wymagań.

Wartość radia zdefiniowanego programowo w tym unikalnym przypadku ma zastosowanie w wielu innych przypadkach; pozwala projektantowi skonsolidować wiele protokołów w jednej jednostce nadawczo-odbiorczej. Na płycie, o której wspomniałem powyżej, większość przestrzeni zajmowały komponenty elektromechaniczne i duży ekran dotykowy, więc mniej sensowne było naciskanie na radio zdefiniowane programowo. Jednak istnieją pewne powszechne przypadki użycia, które uzasadniają włączenie radia zdefiniowanego programowo do nowego produktu:

• Wiele protokołów. To oczywiste, ale nadal zasługuje na pewne wyjaśnienie. Radio zdefiniowane programowo daje dostęp do wielu pasm w jednym komponencie bez zwiększania liczby części.

• Oszczędność miejsca na płycie. Możesz wyeliminować jeden lub więcej nadajników dedykowanych innym protokołom, używając radia zdefiniowanego programowo. To oszczędza miejsce na płycie dla komponentów, które mogą wspierać inne funkcje.

• Protokoły podstawowe vs. dodatkowe. Dzięki radiu zdefiniowanemu programowo, możesz uzyskać dostęp do dodatkowych protokołów w razie potrzeby, bez poświęcania miejsca na dodatkowy chipset.

• Podsłuchiwanie. Czy chcesz podsłuchiwać niezaszyfrowane komunikaty, czy chcesz zapobiegać podsłuchiwaniu, radio zdefiniowane programowo umożliwia obie te rzeczy. W szczególności, radio z hoppingiem częstotliwości jest łatwe do zaimplementowania za pomocą radia zdefiniowanego programowo.

MCU SoC z zintegrowanymi nadajnikami bezprzewodowymi ostatnio podążają w tym kierunku. Niektóre linie produktów zintegrowały popularne protokoły takie jak WiFi czy Bluetooth, ale nie widziałem, aby nadajniki dla innych, rzadziej używanych protokołów były integrowane z tymi układami. Jest to częściowo problem popytu i podaży; te komponenty głównie celują w produkty konsumenckie, więc mogą być produkowane na dużą skalę. Ponadto, wiele z bezprzewodowego krajobrazu działa na tych dwóch protokołach (oprócz komórkowego), co sprawia, że ma sens ich integracja w SoC. Nie możemy wykluczyć komórkowego z tego miksu; niektóre komponenty są specjalnie reklamowane jako wspierające 3G i 4G komórkowe oprócz innych pasm częstotliwości (patrz poniżej).

To prowadzi do głównego kompromisu w projektowaniu dla radia definiowanego programowo z komponentami produkcyjnymi: wyższe koszty. Te komponenty są wciąż produkowane w mniejszych ilościach niż ich odpowiedniki SoC i inne nadajniki RF dedykowane dla konkretnych pasm, więc te komponenty mają wyższe ceny, aby pokryć koszty. Jednak oszczędności w przestrzeni na płytce i elastyczności mogą znacznie przeważyć koszty komponentów.

Opcje komponentów dla radia definiowanego programowo

Głównym komponentem, który musisz wybrać dla systemu radia definiowanego programowo, jest układ scalony transceivera. Te komponenty są zbudowane ze standardowymi interfejsami i niektórymi innymi funkcjami, co czyni je idealnymi do integracji z innymi produktami bezprzewodowymi. Będziesz potrzebować wbudowanego procesora jakiegoś rodzaju, aby uruchomić swój kod, ale Twój wybór MCU/FPGA/innego procesora zależy od konfiguracji transceivera, którą użyjesz.

Oto kilka opcji dla Twojego następnego systemu radia definiowanego programowo.

Analog Devices, AD9361

AD9361 od Analog Devices to wysoce zintegrowane rozwiązanie transceivera szerokopasmowego, które wspiera sprzęt radia definiowanego programowo. Ten produkt jest reklamowany do użytku wojskowego, jak również dla stacji bazowych 3G i 4G, ale obsługuje inne pasma od 70 MHz do 6 GHz z operacją FDD lub TDD. Zintegrowany ułamkowy PLL zapewnia niezwykle dokładny rozmiar kroku do 2,5 Hz, jak również regulowaną szerokość kanału od

Układ płytki ewaluacyjnej pokazujący schemat blokowy dla programowalnego transceivera zintegrowanego 2 × 2 AD9361. [Źródło: Informacja o produkcie Analog Devices]

Inne komponenty z serii RadioVerse od Analog Devices obejmują inne transceivery z rodziny AD936X oraz AD9375. Ten ostatni ma na celu umożliwienie producentom smartfonów i firmom telekomunikacyjnym łatwego przejścia z 4G na 5G NR bez konieczności zmiany urządzeń. Analog Devices wyprodukowało transceiver radiowy zdefiniowany programowo z największą do tej pory integracją. Oprócz tego komponentu i jego wariantów, innym sposobem na rozpoczęcie pracy nad radiem zdefiniowanym programowo jest wybór szerokopasmowego syntezatora i odbiornika.

Maxim Integrated, MAX2150

MAX2150 od Maxim Integrated to uproszczony szerokopasmowy syntezator przeznaczony do stosowania w radiu zdefiniowanym programowo i innych aplikacjach RF. Ten konkretny komponent jest przeznaczony do aplikacji działających od 700 MHz do 2300 MHz, zapewniając szeroki zakres spektralny. Jako precyzyjny syntezator oparty na ułamkowym PLL, zapewnia rozdzielczość poniżej 0,05 Hz przy użyciu zegara referencyjnego 10 MHz. Ten komponent zawiera również wzmacniacz wyjściowy, co eliminuje potrzebę stosowania zewnętrznego wzmacniacza RF, chyba że wymagany jest bardzo długi zasięg.

Prąd zasilania, moc wyjściowa i schemat blokowy dla MAX2150, z karty katalogowej MAX2150.

Inne komponenty do radia zdefiniowanego programowo

Oprócz tych dwóch komponentów, jedynymi opcjami na rynku zintegrowanych układów scalonych transceiverów są komponenty no-name, których nie polecam. Jednakże, możesz zbudować własny moduł transceivera o małym rozmiarze, używając wielu innych komponentów. Obejmują one:

• Wzmacniacze mocy RF

• MCU, FPGA lub inne PLD

• Uniwersalne komponenty DSP (jeśli zdecydujesz się nie wykonywać DSP na MCU)

• Filtry RF

• Syntezatory, nadajniki i odbiorniki

• Przetworniki ADC i DAC

Niezależnie od tego, czy chcesz przechwytywać wiele transmisji naraz, czy potrzebujesz skonsolidować komponenty w mniejszej obudowie, możesz znaleźć potrzebne komponenty do radia zdefiniowanego programowo za pomocą odpowiedniej wyszukiwarki elektroniki. Octopart oferuje kompletny zestaw narzędzi wyszukiwania z zaawansowanymi funkcjami filtracji do zarządzania sourcingiem i łańcuchem dostaw. Zapoznaj się z naszą stroną układów scalonych, aby rozpocząć wyszukiwanie potrzebnych komponentów.

Bądź na bieżąco z naszymi najnowszymi artykułami, zapisując się na nasz newsletter.