Сегодня, крайне сложно представить мир без систем связи, которые в буквальном смысле опутывают всю планету. Новости, прикладная информация, прогноз погоды, беспроводные соединения, даже простая загрузка изображений или текста не обходиться без использования ИМС, преобразователей данных, усилителей, схем управления питанием и устройств распределения и формирования тактовых сигналов. В цикле статей посвященных системам связи, мы рассмотрим три крупных раздела: Программно-определяемые радиосистемы, Обработка широкополосных сигналов, Инфраструктура систем беспроводной связи. А так же предоставим информацию по рекомендуемым продуктам компанией Analog Devices для решений в системах связи.
Программно-определяемые радиосистемы
Для начала мы кратко рассмотрим общие понятия и определения SRD (программно-определяемая радиосистема), после чего перейдем к решениям, предлагаемым компанией Analog Device, их общим данным и рекомендациям по применению. Радиосистемой может называться устройство, обеспечивающую прием или передачу сигнала беспроводным способом в радиочастотной области. Программно-определяемая радиосистема или SRD (от англ. Software-defined radio) – это радиосистемы, в которых часть или все функции (диапазон частот, тип модуляции, выходной мощности и т.п.) реализуются с помощью программных средств и могут легко быть изменены. Основным отличием между радиосистемами и SRD является то, чтобы в радиосистеме функции так называемого физического уровня выполняются аппаратными методами. А значит и изменения в случае необходимости могли быть произведены только физическим изменением схемы системы. Это же в свою очередь приводит к ограниченности системы в аспекте поддержки нескольких стандартов сигнала, ну и конечно экономически значительно увеличивает стоимость конечного изделия. В SRD же изменения, которые необходимо внести осуществляется на программном уровне, без физического вмешательства в схему устройства. Что значительно снижает стоимость, а так же позволяет расширить аппаратные возможности. Компания Analog Device предлагает несколько недорогих решений, обладающих высокой степенью интеграцией. Их аппаратные решения для сигнальных цепочек радиосигналов выпускаются в виде аналоговых модулей FMC, которые легко подключаются к отладочным платформам, образуя единую полнофункциональную платформу для разработки и создания прототипов систем SDR.
Линейка AD9371:
AD9371 – широкополосный ВЧ трансивер, состоящий из двух приемников и двух передатчиков, интегрированного блока цифровой обработки сигнала и синтезаторов. Приемопередатчик состоит из широкополосного тракта прямого преобразования с передовыми коэффициентом шума и линейностью. Каждая подсистема приемника и передатчика включает корректировку постоянного смещения, корректировку квадратурной ошибки, цифровые программируемые фильтры, что смягчает требования к цифровому процессору немодулированных сигналов. Несколько дополнительных функций, таких как дополнительный АЦП, дополнительный ЦАП, входы/выходы общего назначения, интегрированы для предоставления дополнительной возможностей мониторинга и управления. Канал приемника наблюдения с двумя входами добавлен для отслеживания выхода каждого передатчика и реализации функций снижения взаимных помех и калибровки. Этот же канал может подключаться к трем входам приемника прослушивания, который может отслеживать активность в различных диапазонах радиочастот. Быстродействующий интерфейс JESD204B поддерживает скорость в линии до 6144 МГц. Четыре линии выделены для передатчиков, другие четыре линии выделены для каналов приемников и приемника наблюдения. Полностью интегрированные малопотребляющие синтезаторы с фазовой автоподстройкой частоты (ФАПЧ) и дробным коэффициентом деления обеспечивают высокую эффективность схем передатчика, приемника, приемника наблюдения и тактирования. Тщательный дизайн и методы трассировки платы обеспечивают требуемый уровень изоляции необходимый в приложениях высококачественных базовых станций. Все компоненты генераторов, управляемых напряжением (ГУН), и петлевых фильтров интегрированы для минимизации количества внешних компонентов. Источник питания 1,3 В требуется для ядра AD9371, что контролируется стандартным последовательным 4-проводным портом. Другие напряжения питания обеспечивают необходимые уровни для цифрового интерфейса и оптимизации характеристик передатчика и дополнительных преобразователей. AD9371 имеет корпус CSP_BGA с размерами 12 мм × 12 мм и 196-ю шариковыми выводами.
Области применения
Макро и микро базовые станции 3G/4G (BTS) Пикосоты 3G/4G с несколькими несущими Системы активных антенн дуплексной связи с частотным и временным разделением каналов (FDD и TDD) СВЧ системы транзитной передачи в условиях отсутствия прямой видимости (NLOS)
Линейка AD9361:
AD9361 - это высококачественный, обладающий высокой степенью интеграции конфигурируемый радиотрансивер (RF Agile Transceiver™). Компонент совмещает в себе аналоговый тракт РЧ, конфигурируемый каскад аналого-цифровой обработки сигнала в полосе модулирующих частот и интегрированные синтезаторы частоты, упрощая проектирование систем благодаря конфигурируемому интерфейсу с процессором. AD9361 работает в диапазоне частот от 70 МГц до 6.0 ГГц, перекрывая большинство лицензируемых и нелицензируемых диапазонов. Он поддерживает ширину полосы каналов от менее 200 кГц до 56 МГц. AD9361 выпускается в корпусе CSP_BGA со 144 шариковыми контактами, имеющем габариты 10 мм × 10 мм.
Области применения
Системы связи "точка-точка" Базовые станции фемто-/пико-/микросот Радиосистемы общего назначения
Линейка AD9364:
AD9364 - это высококачественный, обладающий высокой степенью интеграции конфигурируемый одноканальный радиотрансивер (RF Agile Transceiver™). Возможности программирования и способность работы в широком диапазоне частот делают его идеальным выбором для разнообразных приемопередающих радиоустройств. Компонент совмещает в себе аналоговый тракт РЧ, конфигурируемый каскад аналого-цифровой обработки сигнала в полосе модулирующих частот и интегрированные синтезаторы частоты, упрощая проектирование систем благодаря конфигурируемому интерфейсу с процессором. AD9364 работает в диапазоне частот от 70 МГц до 6.0 ГГц, перекрывая большинство лицензируемых и нелицензируемых диапазонов. Он поддерживает ширину полосы каналов от менее 200 кГц до 56 МГц. AD9364 выпускается в корпусе CSP_BGA (chip scale package ball grid array) со 144 шариковыми контактами, имеющем габариты 10 мм × 10 мм.
Области применения
Системы связи "точка-точка" Базовые станции фемто-/пико-/микросот Радиосистемы общего назначения
Линейка AD9680:
AD9680 – это двухканальный 14-разрядный аналого-цифровой преобразователь (АЦП) с быстродействием 1 миллиард выборок в секунду (GSPS). Компонент включает в себя интегрированный буфер и схему выборки и хранения, что позволяет сократить габариты, уменьшить потребляемую мощность и упростить его применение. Он предназначен для оцифровки широкополосных аналоговых сигналов на частотах до 2 ГГц и оптимизирован для поддержания широкой полосы входного каскада, высокой частоты дискретизации, превосходной линейности и низкого энергопотребления при малых габаритах корпуса. Ядра АЦП построены на базе многокаскадной дифференциальной конвейерной архитектуры с интегрированной логикой исправления ошибок в выходном коде. Каждый АЦП имеет широкополосный аналоговый входной каскад, который может работать с широким набором выбираемых пользователем диапазонов рабочего напряжения. Интегрированный источник опорного напряжения упрощает проектирование системы. Входы аналоговых сигналов и тактовой синхронизации являются дифференциальными. Выход каждого АЦП подключен к цифровому преобразователю с понижением частоты (DDC), состоящему из 4 последовательно соединенных каскадов обработки сигнала: 12-разрядного преобразователя частоты (NCO) и 4 полуполосных децимирующих фильтров. В дополнение к блокам DDC AD9680 имеет ряд функций, упрощающих реализацию автоматической регулировки усиления (АРУ) в приемниках систем связи. Программируемый пороговый детектор позволяет контролировать уровень мощности входного сигнала, используя выходные биты быстрого детектирования АЦП. Индикатор быстрого детектирования переключается в состояние высокого логического уровня, если уровень входного сигнала превышает программируемый порог. Поскольку данный индикатор имеет короткое время реакции, пользователь может быстро уменьшить коэффициент усиления системы для предотвращения перегрузки АЦП по входу. Высокоскоростные последовательные интерфейсы вывода стандарта JESD204B Subclass 1 могут быть сконфигурированы пользователем для работы с 1, 2 или 4 линиями данных, в зависимости от конфигурации DDC и быстродействия приемного логического устройства. При помощи входных выводов SYSREF± и SYNCINB± поддерживается возможность синхронизации нескольких микросхем. Компонент имеет широкие возможности управления энергопотреблением, позволяющие добиваться существенного снижения потребляемой мощности. Все функциональные возможности продукта программируются при помощи трехпроводного интерфейса SPI, работающего с напряжением питания от 1.8 В до 3.3 В. AD9680 выпускается в без свинцовом 64-выводном корпусе LFCSP и работает в промышленном температурном диапазоне от −40°C до +85°C. Данный продукт защищен патентом США. Ключевые особенности продукта Широкая полоса при максимальном уровне сигнала позволяет осуществлять дискретизацию сигналов ПЧ в диапазоне до 2 ГГц. Буферизированные входы с программируемым согласованием упрощают проектирование и реализацию фильтра. Четыре интегрированных широкополосных децимирующих фильтра и генератор с цифровым управлением (NCO) для построения многодиапазонных приемников. Конфигурируемый интерфейс последовательного порта (SPI) для управления различными параметрами и функциями продукта в соответствии с требованиями конкретной системы. Программируемая функция быстрого детектирования перегрузки. 64-выводный корпус LFCSP, 9 мм x 9 мм
Области применения
Системы связи Многодиапазонные, многорежимные цифровые приемники с разнесенным приемом 3G/4G, TD-SCDMA, W-CDMA, GSM, LTE Программно определяемые радиосистемы общего назначения Сверхширокополосные спутниковые приемники Измерительная техника Радиолокация Радиоэлектронная разведка (SIGINT) Приемники восходящего потока в кабельных сетях DOCSIS 3.0 Цифровые приемники обратного канала в гибридных волоконно-оптических/коаксиальных сетях