Linh kiện cho Phần cứng Radio Định nghĩa bằng Phần mềm

Bạn có muốn nghe các tín hiệu radio từ ISS và thu thập dữ liệu của chúng không? Xây dựng hệ thống phần cứng radio được định nghĩa bởi phần mềm.

Nếu bạn muốn nghe các phát sóng vệ tinh, kết nối với hệ thống nhà thông minh của mình, kiểm tra vị trí GPS, lướt internet và nhận tín hiệu radio FM cùng một lúc, bạn không cần một radio với nhiều bộ thu phát. Radio được định nghĩa bởi phần mềm là một phương pháp thiết kế chuyển gánh nặng thiết kế RF từ nhà thiết kế phần cứng sang nhà phát triển phần mềm, mang lại sự linh hoạt hơn cho hệ thống RF mới.

Radio được định nghĩa bởi phần mềm không phải dành cho tất cả mọi người, và nó không được quảng cáo như vậy. Khái niệm này và phần cứng hỗ trợ nó đã được cộng đồng mã nguồn mở đón nhận. Radio được định nghĩa bởi phần mềm chủ yếu tìm thấy ứng dụng trong quân sự, nơi họ sử dụng giải pháp radio thay đổi tần số linh hoạt một cách rộng rãi. Với nhiều thiết bị IoT mới có thể cần nhiều giao thức không dây, radio được định nghĩa bởi phần mềm cung cấp một cách đơn giản để giao tiếp qua nhiều băng tần RF mà không làm tăng kích thước thiết bị của bạn hoặc làm phức tạp bố cục của bạn.

Giá trị của Radio Được Định Nghĩa Bởi Phần Mềm

Chỉ để minh họa giá trị có thể được cung cấp bởi radio được định nghĩa bởi phần mềm, tôi sẽ thảo luận ngắn gọn về một dự án gần đây cho một khách hàng. Một bảng mạch chúng tôi thiết kế cho một hệ thống kiểm tra và đo lường bao gồm năm (vâng, năm) đơn vị bộ thu phát không dây, tất cả hoạt động trên các giao thức khác nhau với các mô-đun khác nhau. Mặc dù radio được định nghĩa bởi phần mềm đã được đề xuất làm giải pháp, khách hàng vẫn bám vào yêu cầu của họ vì nhiều lý do.

Giá trị của radio được định nghĩa bởi phần mềm trong trường hợp độc đáo này áp dụng trong nhiều trường hợp khác; nó cho phép nhà thiết kế kết hợp nhiều giao thức vào một đơn vị bộ thu phát duy nhất. Trong bảng mạch tôi đã đề cập ở trên, phần lớn không gian bảng mạch được chiếm dụng bởi các thành phần điện cơ và một màn hình cảm ứng lớn, vì vậy việc đẩy mạnh cho radio được định nghĩa bởi phần mềm có ít ý nghĩa hơn. Tuy nhiên, có một số trường hợp sử dụng phổ biến biện minh cho việc xây dựng radio được định nghĩa bởi phần mềm vào một sản phẩm mới:

• Nhiều giao thức. Điều này khá rõ ràng nhưng vẫn xứng đáng được làm rõ thêm. Radio được định nghĩa bởi phần mềm cho bạn quyền truy cập vào nhiều băng tần trong một linh kiện duy nhất mà không làm tăng số lượng phần. 

• Tiết kiệm không gian bảng mạch. Bạn có thể loại bỏ một hoặc nhiều bộ thu phát dành riêng cho các giao thức khác bằng cách sử dụng radio được định nghĩa bởi phần mềm. Điều này tiết kiệm không gian bảng mạch cho các thành phần có thể hỗ trợ các chức năng khác. 

• Giao thức chính so với giao thức phụ. Với radio được định nghĩa bởi phần mềm, bạn có thể truy cập các giao thức phụ khi cần mà không cần dành không gian cho một bộ vi xử lý bổ sung. 

• Nghe lén. Cho dù bạn muốn nghe lén các giao tiếp không mã hóa, hoặc bạn muốn ngăn chặn việc nghe lén, radio được định nghĩa bởi phần mềm làm cho cả hai điều này trở nên khả thi. Cụ thể, radio thay đổi tần số dễ dàng được triển khai sử dụng radio được định nghĩa bởi phần mềm.

Các MCU SoCs tích hợp bộ thu phát không dây đã đi theo hướng này gần đây. Một số dòng sản phẩm đã tích hợp một giao thức phổ biến như WiFi hoặc Bluetooth, nhưng tôi chưa thấy bộ thu phát cho các giao thức ít được sử dụng khác được tích hợp vào những chip này. Điều này một phần là vấn đề cung và cầu; các thành phần này chủ yếu nhắm đến các sản phẩm tiêu dùng, vì vậy chúng có thể được sản xuất với quy mô lớn. Ngoài ra, phần lớn bối cảnh không dây hoạt động trên hai giao thức này (cùng với di động) nên việc nhắm mục tiêu tích hợp chúng vào một SoC là có lý. Chúng ta không thể bỏ qua di động; một số thành phần được quảng cáo cụ thể là hỗ trợ 3G và 4G di động cùng với các băng tần khác (xem bên dưới).

Điều này dẫn đến sự đánh đổi chính khi thiết kế cho radio được định nghĩa bởi phần mềm với các thành phần cấp sản xuất: chi phí cao hơn. Những thành phần này vẫn được sản xuất với số lượng ít hơn so với các đối tác SoC của chúng và các bộ thu phát RF khác dành riêng cho các băng tần cụ thể, vì vậy những thành phần này đi kèm với giá cao hơn để bù đắp chi phí. Tuy nhiên, việc tiết kiệm không gian trên bảng mạch và tính linh hoạt có thể lớn hơn nhiều so với chi phí thành phần.

Lựa Chọn Thành Phần Radio Được Định Nghĩa Bởi Phần Mềm

Thành phần chính bạn cần chọn cho hệ thống radio được định nghĩa bởi phần mềm là một IC bộ thu phát. Những thành phần này được xây dựng với các giao diện tiêu chuẩn và một số tính năng khác, làm cho chúng lý tưởng để tích hợp vào các sản phẩm không dây khác. Bạn sẽ cần một bộ xử lý nhúng nào đó để chạy mã của mình, nhưng sự lựa chọn của bạn về MCU/FPGA/bộ xử lý khác phụ thuộc vào cấu hình bộ thu phát bạn sẽ sử dụng.

Dưới đây là một số lựa chọn cho hệ thống radio được định nghĩa bởi phần mềm tiếp theo của bạn.

Analog Devices, AD9361

AD9361 từ Analog Devices là một giải pháp bộ thu phát băng thông rộng tích hợp cao cấp hỗ trợ phần cứng radio được định nghĩa bởi phần mềm. Sản phẩm này được quảng cáo cho mục đích quân sự, cũng như cho các trạm gốc 3G và 4G, nhưng nó hỗ trợ các băng tần khác từ 70 MHz đến 6 GHz với hoạt động FDD hoặc TDD. PLL phân số tích hợp cung cấp kích thước bước cực kỳ chính xác xuống đến 2.5 Hz, cũng như băng thông kênh có thể điều chỉnh từ

Bố cục bảng đánh giá hiển thị sơ đồ khối cho một bộ thu phát tích hợp 2 × 2 có thể lập trình AD9361. [Nguồn: Tài liệu giới thiệu sản phẩm của Analog Devices]

Các thành phần khác trong dòng RadioVerse từ Analog Devices bao gồm các bộ thu phát khác trong gia đình AD936X và AD9375. Sản phẩm cuối cùng này nhằm mục đích cung cấp cho các nhà sản xuất điện thoại thông minh và các công ty viễn thông một cách dễ dàng để chuyển đổi từ 4G sang 5G NR mà không yêu cầu thay đổi điện thoại di động. Analog Devices đã sản xuất bộ thu phát radio được định nghĩa bằng phần mềm với mức độ tích hợp cao nhất cho đến nay. Ngoài thành phần này và các biến thể của nó, cách khác để bắt đầu phát triển cho radio được định nghĩa bằng phần mềm là chọn một bộ tổng hợp sóng rộng và bộ thu.

Maxim Integrated, MAX2150

MAX2150 từ Maxim Integrated là một bộ tổng hợp sóng rộng được cắt giảm cho việc sử dụng trong radio được định nghĩa bằng phần mềm và các ứng dụng RF khác. Thành phần cụ thể này nhắm đến các ứng dụng chạy từ 700 MHz đến 2300 MHz, cung cấp một phạm vi quang phổ rộng. Là một bộ tổng hợp chính xác được xây dựng trên một PLL phân số, nó cung cấp độ phân giải dưới 0.05 Hz khi sử dụng với đồng hồ tham chiếu 10 MHz. Thành phần này cũng bao gồm một bộ khuếch đại trình điều khiển đầu ra, loại bỏ việc sử dụng một bộ khuếch đại RF bên ngoài trừ khi yêu cầu phạm vi rất xa.

Dòng cung cấp, công suất đầu ra, và sơ đồ khối cho MAX2150, từ tài liệu dữ liệu MAX2150.

Các Thành Phần Khác cho Radio Được Định Nghĩa Bằng Phần Mềm

Ngoài hai thành phần này, các lựa chọn duy nhất cho các IC thu phát tích hợp trên thị trường là một thành phần không thương hiệu mà tôi không khuyến nghị. Tuy nhiên, bạn có thể tự xây dựng mô-đun thu phát của mình với kích thước nhỏ gọn sử dụng một loạt các thành phần khác. Bao gồm:

• Bộ khuếch đại công suất RF

• MCU, FPGA, hoặc các PLD khác

• Thành phần DSP chung (nếu bạn chọn không thực hiện DSP trên một MCU)

• Bộ lọc RF

• Bộ tổng hợp, bộ phát và bộ thu

• ADCs và DACs

Cho dù bạn muốn thu nhiều tín hiệu cùng một lúc hoặc bạn cần gộp các thành phần vào một gói nhỏ gọn hơn, bạn có thể tìm thấy các thành phần phần cứng radio được định nghĩa bằng phần mềm bạn cần với công cụ tìm kiếm điện tử phù hợp. Octopart cung cấp cho bạn một bộ công cụ tìm kiếm đầy đủ với các tính năng lọc nâng cao cho việc tìm nguồn cung và quản lý chuỗi cung ứng. Hãy xem trang mạch tích hợp của chúng tôi để bắt đầu tìm kiếm các thành phần bạn cần.

Hãy cập nhật những bài viết mới nhất của chúng tôi bằng cách đăng ký nhận bản tin của chúng tôi.