Die Sortierung durch mehrere Lieferantenlisten zur Entdeckung kritischer Signalketten-Komponenten kann eine komplexe und zeitaufwändige Sache sein. Trotz der hohen Anzahl verfügbarer Komponenten und Gerätekonfigurationen hängt die Auswahl einer Signalketten-Komponente auch von mehr als nur den wenigen bemerkbaren Leistungsfunktionen ab.
Es ist ziemlich praktisch, Modelle für jede Komponente zu sammeln oder zu erstellen, die für die Nutzung getestet werden. Die Entwicklung und Optimierung der Signalkette kann durch maßgeschneiderte Designinstrumente und die Nutzung von Lieferanten leichter werden, die alle wichtigen RF-, Analog- und Digital-Funktionsbausteine anbieten können. Beispielsweise kann ADIsimRF von Analog Devices zur Messung der Auswirkung verschiedener Komponenten auf die Signalkette genutzt werden, von Mischsignal-Analog-Digital-Wandler (A/D-W) und Digital-Analog-Wandler (D/A-W) bis hin zu HF- und Mikrowellen-Komponenten.
In den neuesten HF-/Mikrowellen-Funkgeräten wird immer komplexere Elektronik unterschiedlicher Bereiche kombiniert, zudem benötigen sie effiziente und kompakte Stücklisten, um kostenattraktive Produkte auf den Markt zu bringen. Für die Suche nach und Absprache mit diversen Lieferanten für die RF-, Analog- und Digital-Signalketten-Komponenten, bei den neuesten RF-Geräten häufig genutzt, kann eine substanzielle Investition an Engineering-Ressourcen nötig sein.
Viele Ingenieure sind nur mit einem bestimmten Fachgebiet vertraut. Leider ist oft dedizierte Zeit eines Systemingenieurs nötig, der mit den Anforderungen jedes Fachgebiets und mit komplexen Simulationsinstrumenten vertraut ist, damit sichergestellt ist, dass das Design rechtzeitig fertig wird. Allerdings könnten intelligentes Sourcing mit einem Lieferanten, der ein vielseitiges Sortiment mit Lösungen anbietet, eine umfassende Knowledge Base, die Referenz-Signalketten und Schaltkreis-Beispiele enthält, sowie vereinfachte Simulationsinstrumente einfaches Design und schnelle Entwicklung von Prototypen mit kürzeren Designzyklen ermöglichen.
Vereinfachte Designinstrumente machen schnelle Einblicke und kürzere Designzyklen möglich
Es sind viele Simulations- und Designinstrumente verfügbar, doch viele dieser Instrumente wurden für ein bestimmtes Fachgebiet erstellt oder haben eine steile Lernkurve oder komplexe Einrichtungsanforderungen. Werden Entscheidungen zwischen Komponenten auf der Auswirkung der Komponenten auf den Stromverbrauch, den Rauschpegel, die Linearität oder sonstige Signalkettenparameter getroffen, nutzen Systemingenieure oft Tabellen, die sie erstellen und manuell mit Datenblattinformationen ausfüllen. Dieser Prozess ist generell sehr zeitaufwändig und fehleranfällig. Analog Devices Inc. hat kürzlich die kostenlose ADIsimRF-Software zur Designsimulation und ‑synthese aktualisiert. Sie kombiniert eine große Bibliothek eingebetteter Gerätemodelle mit der Fähigkeit zur schnellen Generierung von Daten und Diagrammen zu kritischen Signalkettenfunktionen.
Bildunterschrift: ADIsimRF kann für schnelle Einblicke in die kaskadierten Strom-, Linearitäts- und Rauscheigenschaften einer Signalkette genutzt werden.
Einfach zu konfigurierende Signalkettenparameter-Diagramme helfen, Entscheidungen zu treffen
Die Analyse kaskadierter Parameter ist eine nützliche Funktion bei der Entscheidung, ob eine Signalkette den nötigen Kriterien der Spezifikation entspricht. Dennoch ist oft der schrittweise Einfluss auf jeden Parameter nötig, um Entscheidungen zwischen Komponenten zu treffen. ADIsimRF bietet Diagramme zum Ebenenplan, Pegel-Sweep, Gewinn-Sweep und Frequenz-Sweep, die sich auch zur Identifizierung des Einflusses jedes Schritts auf alle kritischen kaskadierten Signalkettenparameter nutzen lassen.
Bildunterschrift: Ein Ebenenplan-Diagramm lässt sich dazu nutzen, zu verstehen, wie sich jeder Schritt in der Signalkette auf die kaskadierte Leistung auswirkt.
Beispielsweise benennt das Ebenenplan-Diagramm den Einfluss auf einen Signalkettenparemeter in jedem Schritt mit der Beschriftung zugehörigen Komponente. Das ist besonders zur Identifizierung einer Komponente nützlich, deren Leistung im Vergleich zu den anderen Komponenten in der Signalkette schwach ist. Die Sweep-basierten Diagramme können zur Messung der Änderung in der Leistung im Vergleich zum RF-Eingang genutzt werden.
Bildunterschrift: RF-Pegel-Sweeps bieten einen ausgezeichneten Überblick über die Kompromisse zwischen Rauschen und Verzerrung bei wechselndem Pegel des Eingangssignals.
Bildunterschrift: Frequenz-Sweeps überlagern den Gewinn, das Rauschen und die Verzerrung aller Komponenten der Signalkette und bieten einen Überblick über die Leistung innerhalb eines kompletten Bands.
ADIsimRF enthält bereits eine große Bibliothek mit Komponenten – über 400 Modelle. Personalisierte Komponenten lassen sich aber leicht zu einem Schritt hinzufügen. Diese Funktion lässt sich zur Abschätzung der Signalkettenbudgets bei der Auswahl von Teilen oder in einer frühen Phase eines neuen Designs nutzen. Zudem können hypothetische Komponenten und Komponenten mit vorgegebener Spezifikation leicht zur Bewertung ihrer Auswirkung auf die Signalkette eines Kunden genutzt werden.
Bildunterschrift: Dank der großen Bibliothek eingebetteter Komponentenmodelle ist eine schnelle und einfache Auswahl der idealen Komponente möglich, denn die kaskadierten Signalkettenparameter werden sofort mit der Auswirkung der neuen Komponenten aktualisiert.
ADIsimRF enthält auch viele wertvolle internen Referenzeigenschaften und ‑berechnungen, die sich nutzen lassen, um für das Design relevante Messwerte schnell nachzuschlagen und vorherzusagen. Analog Devices Inc. hat sich auch zum Ziel gesetzt, ADIsimRF durch Einbindung vordefinierter Referenz-Signalketten zu verbessern, die sich als zeitsparende und nützliche Designhilfe und als Lerninstrument nutzen lassen. Signalketten für Sender und Empfänger können leicht simuliert werden, denn die Option für Ein- oder Ausgang kann umgeschaltet werden.
Bildunterschrift: Anstelle von Referenzen auf unzählige Tabellen bietet ADIsimRF eine einfach aufrufbare Referenz und eine Vielzahl nützlicher Berechnungen.
Durch Referenz-Signalketten lassen sich Schaltkreise zeitsparend wiederverwenden
In vielen Fällen sind Referenz-Schaltkreise nützlich, um Designzyklen zu verkürzen und Techniken für gutes Schaltkreis-Design zu lernen. Analog Devices Inc. bietet ein umfassendes Sortiment an Referenz-Signalketten, die Serviceanwendungen von Radar bis zu Instrumenten bedienen, einschließlich einem kompakten, D/A-W-basierten RF-Sender, der mit bis zu 3,5 GHz arbeitet. Für diese Referenzen wird nicht nur die grundlegende Schaltkreis-Topologie bereitgestellt, sondern es werden auch für jedes Element in der Signalkette Empfehlungen für Komponenten gegeben. Diese Referenz-Signalketten lassen sich auch dazu nutzen, um die Funktion und Leistung einzelner Komponenten und Segmente einer Signalkette zu verstehen.
Bildunterschrift: Eine Referenz-Signalkette mit RF-D/A-W-Sender kann für neue Designs angepasst oder zu ihnen hinzugefügt werden. So lassen sich wertvolle Funktionen zur Analyse von Signalen nutzen, ohne dass ein solches Gerät von Grund auf designt werden muss. Referenz-Signalketten von Analog Devices Inc. können auch als Lerninstrumente genutzt werden, um ein tieferes Verständnis des Zusammenspiels zwischen Komponenten und Frequenzebenen eines RF-Designs zu erlangen.
Durch Nutzung der JESD204B SERDES digitalen Datenschnittstelle des AD9162 RF D/A-W kann ein Highspeed-Digitalsignal auf 6 GSPS direkt am Ausgang der auf einem D/A-W-basierten Sender aufgebauten Referenz-Signalkette auf RF synthetisiert werden. Der differenzielle Ausgang des RF-D/A-W wird mit der BAL-009SMG Symmetrieschaltung zu einer asymmetrischen Impedanz von 50 Ohm gewandelt und dann durch den ADL5601 Gewinn-Blockverstärker verstärkt. Ein Dämpfungsglied am Eingang des HMC1114 Galliumnitrit (GaN) Leistungsverstärkers (PA) stellt sicher, dass die Signalleistung die maximale Eingangsleistung des GaN-PA nicht übersteigt. Die Bandbreite des HMC1114 GaN PA ermöglicht einen Frequenzbereich des RF D/A-W-Designs von 2,7 GHz bis 3,8 GHz, was 1,1 GHz der gesamten Bandbreite bei über 50 % versorgungsspannungsaddierter Leistungsfähigkeit (PAE) entspricht. Diese Referenz-Signalkette kann als hochgradig konfigurierbarer Sender für Breitband-Kommunikationssysteme wie DOCSIS 3.1, Infrastruktur für drahtlose Kommunikation, Instrumente und Radar-/Störsender-Anwendungen genutzt werden.
Diverse Optionen für Signalketten-Komponenten sorgen für weniger Designdilemmas
Lieferanten wie Analog Devices Inc. bieten ein großes Sortiment an Signalketten-Komponenten, was die Beschaffung und Stücklisten-Aspekte kritischer Designs für RF-Signalketten vereinfachen kann. Zum Beispiel bietet Analog Devices Inc. führende Komponenten zur Digital-Analog-Wandlung, die sich zur direkten RF-Synthese bis zu 7,5 GHz eignen, Gewinn-Blockverstärker mit hochdynamischer Bandbreite sowie hocheffiziente GaN-PAs mit hervorragender Gewinngeradlinigkeit. Die hochgradig integrierten Eigenschaften dieser Komponenten reduzieren die Anzahl der Signalketten-Komponenten, die nötig sind, um die Leistungsanforderungen des Designs zu erreichen und gleichzeitig hohe Linearität und niedrige kaskadierte Rauschwerte beizubehalten.
16-Bit 12 GSPS RF-D/A-W ermöglicht direkte digitale Synthese bis zu 7,5 GHz
Das Herz der RF-D/A-W-Referenz-Signalkette ist der AD9162 16-Bit RF-D/A-W mit bis zu acht konfigurierbaren JESD204B Serialisierer/Deserialisierer (SERDES) Datenschnittstellen und einer SPI-Konfigurationsschnittstelle. Die JESD204B-Schnittstelle und die vierteiligen Schalterarchitekturen kombiniert mit einem zweifachen Interpolator-Filter können direkte RF-Synthese bei 6 GSPS und eine effektive D/A-W-Aktualisierungsrate von 12 GSPS in bestimmten Modi erreicht werden. Der AD9162 zeigt hohe Linearität über eine große Bandbreite und kann RF-Carrier in der zweiten und dritten Nyquist-Zone im Mix-Mode™-Betrieb bis zu 7,5 GHz rekonstruieren.
Bildunterschrift: Die acht JESD204B SERDES digitalen Datenschnittstellen am Eingang des AD9162 RF-D/A-W ermöglichen eine D/A-W-Aktualisierungsrate von hohen 12 GSPS.
Quelle: Analog Devices, Inc. AD9161-9162-Datenblatt
Die Eigenschaften der Bandbreite und des dynamischen Bereichs des AD9162 erfüllen und übertreffen die DOCSIS 3.1-Richtlinien mit zusätzlichem Leistungsgewinn von den mindestens zwei Carriern bis zum vollen, maximalen Spektrum von 1,794 GHz. Zusätzlich lässt sich der RF-D/A-W für niedrigere Datenraten und Wandler-Taktfrequenzen konfigurieren, was den Energieverbrauch des Systems senkt und die Belastung für die Anforderungen an Filter vereinfacht. Auch kann der Ausgangsstrom des AD9162 durch die kombinierbaren verschiedenen Stromausgänge von 8 mA bis 38,76 mA angepasst werden.
Durch die Fähigkeit zur Wandlung komplexer digitaler Modulationsschemata kann der AD9162 RF-D/A-W auf dem Gebiet der Infrastruktur für drahtlose Kommunikation genutzt werden, etwa für W-CDMA, LTE, LTE-A und für Mikrowellen-Point-to-Point-Geräte (P2P). Genauso lässt sich die Funktion zur getakteten Wellenform-Wandlung auch zur Ausgabe von Radar- und Störsender-Wellen mit hohem dynamischem Bereich nutzen. Dank dieser Funktionen bietet der AD9162 agile RF-Synthese mit einer einzelnen Wandler-Komponente. So werden eine viel kürzere Stückliste und Systemkomplexität als bei vergleichbaren RF-Leistungs-Schaltkreisen und ‑Geräten möglich.
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15 dB-Festgewinn-Blockverstärker bietet eine integrierte Eingangs-Vorspannungsschaltung und hohen dynamischen Bereich
Der ADL5601 wird im Heterojunction Bipolar Process (HBT)-Verfahren aus Indium-Gallium-Phosphid (IGaP) hergestellt und bietet 15 dB hochgradig lineare Verstärkung von 50 MHz bis 4 GHz. Der intern abgestimmte Gewinn-Blockverstärker verfügt sowohl über einen niedrigen Rauschwert von 3,7 dB als auch über eine hohe OIP3-Spezifikation von 43,0 dBm bei 900 MHz und deckt einen extrem hohen dynamischen Bereich ab. Außerdem ist der Gewinn von 15 dB sehr stabil gegenüber Frequenz, Versorgungsspannung, Temperatur und bei Prozessvariationen von Gerät zu Gerät.
Quelle: Analog Devices, Inc. ADL5601-Datenblatt
Der ADL5601 hat intern abgestimmte Ein- und Ausgänge mit 50 Ohm und einen integrierten Schaltkreis zur Vorspannungskompensation. Dank dieser Eigenschaften benötigt der ADL5601 zum vollständigen Betrieb nur externe Eingangs-/Ausgangs-AC-Kopplungskondensatoren, Spannungsversorgungs-Entkopplungskondensatoren und einen externen Induktor. Mit nur einer einzigen 5-V-Versorgung und einem maximalen Stromverbrauch von 83 mA ist der Gewinn-Blockverstärker sehr robust und lässt sich innerhalb der Spezifikation von −40 °C bis +85 °C betreiben. Schließlich weist der ADL5601 eine Klasse-1C-ESD-Bewertung von +/- 1,5 kV in einer wärmeeffizienten SOT-89-Verpackung auf.
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Sehr effizienter und kompakter GaN-PA liefert 1,1 GHz Bandbreite mit +/– 0,5 dB Gewinn-Geradlinigkeit
Der HMC1114 GaN-PA bietet bis zu 10 Watt Leistung von mehr als 54 % PAE und verfügt über eine Bandbreite von 2,7 GHz bis 3,8 GHz mit +/- 0,5 dB Gewinn-Geradlinigkeit. Die gesättigte Ausgangsleistung des HMC1114 beträgt 41,5 dB mit einem hohen Gewinn von 35 dB für niedrige Signale und einem Gewinn von 25,5 dB für hohe Signale. Die hohe Effizienz und niedrige Versorgungsspannung von 150 mA bei 28 V ermöglichen erweiterten Batteriebetrieb für mobile Funkanwendungen.
Bildunterschrift: Dank des Einsatzes von Umgehungskondensatoren für Gate-Vorspannung und Versorgungsspannungs-Entkopplungskondensatoren kann der HMC1114 GaN-PA bis zu 10 Watt RF-Ausgangsleistung in einem kompakten 5x5-mm-LFSCP-Verpackung.
Quelle: Analog Devices, Inc. HMC1114-Datenblatt
In Anbetracht der AC-gekoppelten und auf 50 Ohm abgestimmten RF-Ein-/Ausgänge erfordert der HMC1114 nur eine Versorgungsspannungs- und Entkopplungskondensatoren sowie externe Umgehungskondensatoren am Gate-Vorspannungssteuerungs-Eingang als zusätzliche Komponenten für den Betrieb. Der HMC1114 lässt sich laut Spezifikation von −40 °C bis +85 °C in einem kompakten 5x5-mm-LFSCP-Paket mit 32 Leitungen einsetzen.
Optionen für Signalketten-Komponenten, Werkzeuge und Referenz-Schaltkreise fördern einfaches Design
Analog Devices Inc. bietet ein Ökosystem, das die Effizienz steigert und Ingenieuren hilft, qualitativ hochwertigere Designs schneller in den Markt einzuführen – durch vereinfachte und leicht zu nutzende Signalketten-Analysewerkzeuge, verfügbare Mehrwert-Architekturen für Referenz-Signalketten und Signalketten-Lösungen für Ein- und Ausgänge. Ein voll ausgestatteter RF-D/A-W mit direkter Digitalsynthese und Übertragung bis 3,5 GHz, modelliert in ADIsimRF bietet ein Beispiel für die Stücklisten-Vereinfachungen und wertvollen Designressourcen, die bei der Beschaffung über etablierte Lieferanten mit robuster Auswahl von Lösungen verfügbar sind.