Componentes para Hardware de Rádio Definido por Software

Gostaria de ouvir as transmissões de rádio da ISS e coletar seus dados? Construa um sistema de hardware de rádio definido por software.

Se você quer ouvir transmissões de satélite, conectar-se aos seus sistemas de casa inteligente, verificar sua localização GPS, navegar na internet e captar sinais de rádio FM, tudo ao mesmo tempo, você não precisa de um rádio com múltiplos transceptores. O rádio definido por software é uma metodologia de design que transfere o ônus do design de RF do projetista de hardware para o desenvolvedor de software, dando a um novo sistema de RF mais flexibilidade.

O rádio definido por software não é para todos, e não é comercializado como tal. Este conceito e o hardware para suportá-lo foram abraçados pela comunidade de código aberto. O rádio definido por software encontra principalmente seu lugar no militar, que faz uso extensivo de soluções de rádio com salto de frequência adaptativo. Com muitos dispositivos IoT mais novos potencialmente precisando de múltiplos protocolos sem fio, o rádio definido por software oferece uma maneira simples de comunicar-se sobre múltiplas bandas de RF sem aumentar a pegada do seu dispositivo ou complicar seu layout.

O Valor do Rádio Definido por Software

Apenas para ilustrar o valor que pode ser fornecido pelo rádio definido por software, discutirei brevemente um projeto recente para um cliente. Uma placa recente que projetamos para um sistema de teste e medição incluía cinco (sim, cinco) unidades transceptoras sem fio, todas operando sobre diferentes protocolos com diferentes módulos. Embora o rádio definido por software tenha sido proposto como uma solução, o cliente estava preso às suas exigências por uma série de razões.

O valor do rádio definido por software neste caso único se aplica em muitos outros casos; ele permite ao projetista consolidar múltiplos protocolos em uma única unidade transceptora. Na placa que referenciei acima, a maior parte do espaço da placa era ocupada por componentes eletromecânicos e uma grande tela sensível ao toque, então fazia menos sentido insistir no rádio definido por software. No entanto, existem alguns casos de uso comuns que justificam a incorporação do rádio definido por software em um novo produto:

• Múltiplos protocolos. Isso é óbvio, mas ainda merece alguma elaboração. O rádio definido por software dá acesso a múltiplas bandas em um único componente sem aumentar a contagem de peças. 

• Economia de espaço na placa. Você pode eliminar um ou mais transceptores dedicados a outros protocolos usando rádio definido por software. Isso economiza espaço na placa para componentes que podem suportar outras funções. 

• Protocolos primários vs. secundários. Com o rádio definido por software, você pode acessar protocolos extras conforme a necessidade sem dedicar espaço a um chipset adicional. 

• Interceptação. Seja você querendo interceptar comunicações não criptografadas, ou querendo prevenir a interceptação, o rádio definido por software torna ambos possíveis. Em particular, o rádio com salto de frequência é fácil de implementar usando rádio definido por software.

SoCs MCU com transceptores sem fio integrados têm seguido essa direção ultimamente. Algumas linhas de produtos integraram um protocolo popular como WiFi ou Bluetooth, mas eu não vi transceptores para outros protocolos menos usados integrados a esses chips. Isso é parcialmente um problema de oferta e demanda; esses componentes visam principalmente produtos de consumo, então eles podem ser produzidos em grande escala. Além disso, grande parte do cenário sem fio opera nesses dois protocolos (além do celular) que faz sentido direcioná-los para integração em um SoC. Não podemos deixar o celular de fora da mistura; alguns componentes são especificamente comercializados como suportando celular 3G e 4G além de outras faixas de frequência (veja abaixo).

Isso leva ao principal compromisso envolvido no projeto para rádio definido por software com componentes de grau de produção: custos mais altos. Esses componentes ainda são produzidos em volume menor do que seus equivalentes SoC e outros transceptores RF dedicados a faixas específicas, então esses componentes vêm com preços mais altos para cobrir os custos. No entanto, a economia em espaço na placa e flexibilidade pode superar enormemente os custos dos componentes.

Opções de Componentes para Rádio Definido por Software

O componente principal que você precisará selecionar para um sistema de rádio definido por software é um IC transceptor. Esses componentes são construídos com interfaces padrão e algumas outras características, tornando-os ideais para integração em outros produtos sem fio. Você precisará de um processador embutido de algum tipo para executar seu código, mas sua escolha de MCU/FPGA/outro processador depende da configuração do transceptor que você usará.

Aqui estão algumas opções para o seu próximo sistema de rádio definido por software.

Analog Devices, AD9361

O AD9361 da Analog Devices é uma solução transceptora de banda larga altamente integrada que suporta hardware de rádio definido por software. Este produto é comercializado para uso militar, bem como para estações base 3G e 4G, mas suporta outras bandas de 70 MHz a 6 GHz com operação FDD ou TDD. O PLL fracionário integrado fornece um tamanho de passo extremamente preciso até 2,5 Hz, bem como largura de banda de canal ajustável de

Layout da placa de avaliação mostrando um diagrama de blocos para um transceptor integrado programável AD9361 2 × 2. [Fonte: Resumo do Produto Analog Devices]

Outros componentes da série RadioVerse da Analog Devices incluem os outros transceptores da família AD936X e o AD9375. Este último tem como objetivo fornecer aos fabricantes de smartphones e empresas de telecomunicações uma maneira fácil de transição do 4G para o 5G NR sem necessidade de mudanças nos aparelhos. A Analog Devices produziu o transceptor de rádio definido por software com maior integração até o momento. Além deste componente e suas variantes, outra maneira de começar a desenvolver para rádio definido por software é escolher um sintetizador de banda larga e receptor.

Maxim Integrated, MAX2150

O MAX2150 da Maxim Integrated é um sintetizador de banda larga simplificado para uso em rádio definido por software e outras aplicações de RF. Este componente específico visa aplicações que operam de 700 MHz a 2300 MHz, fornecendo uma ampla gama espectral. Como um sintetizador de precisão construído em um PLL fracionário, ele fornece resolução abaixo de 0,05 Hz quando usado com um relógio de referência de 10 MHz. Este componente também inclui um amplificador de driver de saída, o que elimina o uso de um amplificador de RF externo, exceto quando é necessário um alcance muito longo.

Corrente de fornecimento, potência de saída e diagrama de blocos para o MAX2150, do datasheet do MAX2150.

Outros Componentes para Rádio Definido por Software

Além destes dois componentes, as únicas opções para circuitos integrados transceptores no mercado são componentes de marcas menos conhecidas que eu não recomendaria. No entanto, você pode construir seu próprio módulo transceptor com uma pequena área ocupada usando uma série de outros componentes. Estes incluem:

• Amplificadores de potência RF

• MCU, FPGA ou outro PLD

• Componentes DSP de propósito geral (se você optar por não realizar DSP em um MCU)

• Filtros RF

• Sintetizadores, transmissores e receptores

• ADCs e DACs

Se você deseja capturar múltiplas transmissões ao mesmo tempo ou precisa consolidar componentes em um pacote menor, você pode encontrar os componentes de hardware para rádio definido por software de que precisa com o motor de busca eletrônico certo. Octopart oferece um conjunto completo de ferramentas de busca com recursos avançados de filtragem para sourcing e gestão da cadeia de suprimentos. Confira nossa página de circuitos integrados para começar sua busca pelos componentes de que precisa.

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