自2014年收購(gòu)Hittite Microwave 以來(lái),ADI公司(ADI)已將其在整個(gè)信號(hào)鏈(包括配套產(chǎn)品)中的RF功能擴(kuò)展到0 Hz至110 GHz的全帶寬。 ADI目前在全球RF半導(dǎo)體中排名#1,在模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)中排名#1,在線性半導(dǎo)體元件中排名#1。本白皮書(shū)提供了ADI公司涵蓋的更寬頻譜的示例,并解釋了真正的直流非常重要。信號(hào)鏈外性能也至關(guān)重要,本文展示了低噪聲、高穩(wěn)定性控制和功率元件對(duì)整體RF信號(hào)性能的重要性。
ADI解決方案的范圍從工業(yè)到通信基礎(chǔ)設(shè)施,一直到汽車。在工業(yè)領(lǐng)域,它們包括測(cè)試和測(cè)量、航空航天和國(guó)防。在通信基礎(chǔ)設(shè)施方面,我們的解決方案包括蜂窩基礎(chǔ)設(shè)施(智能手機(jī)及其背后的基礎(chǔ)設(shè)施)、微波、寬帶和光纖網(wǎng)絡(luò)。在汽車領(lǐng)域,ADI的產(chǎn)品組合包括雷達(dá)和其他類型的設(shè)備等高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)。
ADI的頻譜目前涵蓋從0 Hz到110 GHz的整個(gè)范圍,應(yīng)用范圍廣泛,從有線電視和磁共振成像一直到科學(xué)成像和測(cè)量。介于兩者之間的是一切,從衛(wèi)星無(wú)線電和軍事對(duì)抗,到工業(yè)成像和遠(yuǎn)程信息處理(一個(gè)龐大的頻譜),以及應(yīng)對(duì)無(wú)處不在的連接大趨勢(shì)(也稱為物聯(lián)網(wǎng)(IoT))所需的所有解決方案。
完整的信號(hào)鏈解決方案
ADI提供集成標(biāo)準(zhǔn)IC的參考設(shè)計(jì)。系統(tǒng)級(jí)封裝 (SIP) 集成采用標(biāo)準(zhǔn)組件,并將其作為完整的子系統(tǒng)解決方案進(jìn)行全面測(cè)試和驗(yàn)證。在片上系統(tǒng)技術(shù)中,硅芯片本身就是集成平臺(tái)。ADI還提供連接器模塊,這在高頻應(yīng)用中非常重要。
ADI元件從傳感器到放大器和LNA,一直到信號(hào)調(diào)理技術(shù),以及ADC、數(shù)字信號(hào)處理器件、DAC、功率放大器和輸出產(chǎn)品。
圖1所示為通用RF信號(hào)鏈。左上角是LNA、RF開(kāi)關(guān)和RF衰減器進(jìn)入頻率轉(zhuǎn)換,根據(jù)需要,可以是上變頻或下變頻。然后,該鏈進(jìn)入ADC驅(qū)動(dòng)器和ADC進(jìn)行比特轉(zhuǎn)換,即RF到位。中間是頻率發(fā)生模塊,可以從各種來(lái)源驅(qū)動(dòng),并通過(guò)定時(shí)管理分布在系統(tǒng)周圍。定時(shí)管理頻率發(fā)生模塊將與通用信號(hào)鏈的輸出側(cè)或發(fā)射側(cè)共享。在輸出側(cè),DAC進(jìn)入混頻器的放大器,用于變頻,并濾波和開(kāi)關(guān)。這里需要注意的關(guān)鍵點(diǎn)是,ADI的信號(hào)鏈覆蓋率從僅約20%增加到近100%,使ADI #1成為該領(lǐng)域的IDI #<>。
圖1.通用射頻信號(hào)鏈。
擴(kuò)展的產(chǎn)品組合
ADI擁有大大擴(kuò)展的元件和解決方案產(chǎn)品組合。這些包括但不限于:
開(kāi)關(guān)更小,插入損耗更低,隔離度更高
低功耗、低噪聲頻率和增益平衡更好的LNA
無(wú)源混頻器和濾波器
無(wú)源混頻器本振(LO)驅(qū)動(dòng)器和后置放大器
低功耗中頻放大器
射頻增益模塊
數(shù)字步進(jìn)和固定衰減器
鎖相環(huán) (PLL)
寬帶和窄帶壓控振蕩器 (VCO)
倍增器和三倍器
測(cè)試設(shè)備是ADI公司的一個(gè)關(guān)鍵增長(zhǎng)領(lǐng)域,包括回程測(cè)試設(shè)備和蜂窩標(biāo)準(zhǔn)——2G、3G、4G和即將推出的5G。在5G開(kāi)發(fā)的研發(fā)和原型設(shè)計(jì)方面有很多工作要做。接下來(lái)是物聯(lián)網(wǎng)和多標(biāo)準(zhǔn)無(wú)線電測(cè)試。在同一系統(tǒng)上,可以測(cè)試許多不同的無(wú)線電標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于這種類型的系統(tǒng),還有Wi-Fi或WiGig 40 GHz短程通信測(cè)試。最后,還有汽車?yán)走_(dá),它正朝著77 GHz的方向發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)暗示了一個(gè)非常大(數(shù)百億個(gè)單位)的市場(chǎng),需要低成本和更好、更寬的帶寬測(cè)試能力。這是市場(chǎng)上最嚴(yán)格、最大容量的測(cè)試需求之一。它們?cè)谛阅芊矫娑挤浅<みM(jìn)。
智能手機(jī)是需要根據(jù)多種標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試的設(shè)備示例,例如:藍(lán)牙、蜂窩 2G/3G/4G LTE、Wi-Fi 和 GPS 變體。?
有許多標(biāo)準(zhǔn)將應(yīng)用于整個(gè)電子測(cè)試和測(cè)量頻譜,從極低頻率的精度和音頻測(cè)試,到陸地移動(dòng)無(wú)線電,后者的頻率較低,傳輸距離更長(zhǎng);數(shù)字廣播分析儀、手機(jī)測(cè)試設(shè)備、微波點(diǎn)對(duì)點(diǎn)測(cè)試設(shè)備、汽車防撞測(cè)試設(shè)備和5G研究。
對(duì)于所有這些頻譜或頻段,對(duì)于進(jìn)入這些系統(tǒng)的組件,組件本身必須在這些高頻下進(jìn)行測(cè)試,必須測(cè)試它們進(jìn)入的模塊,必須測(cè)試完成的印刷電路板,并且必須測(cè)試系統(tǒng)本身,這發(fā)生在生命的不同階段。一開(kāi)始,這些階段可能是在實(shí)驗(yàn)室的研發(fā)階段。所有這些設(shè)備都有合規(guī)性測(cè)試,然后是生產(chǎn)測(cè)試,然后是最終的工廠測(cè)試。所有這些頻段都有許多不同的測(cè)試階段,因此在非常寬的頻率范圍內(nèi)有各種不同的需求和應(yīng)用。
實(shí)現(xiàn)電子測(cè)試創(chuàng)新
所有這些新應(yīng)用都在市場(chǎng)上產(chǎn)生了許多不同的需求和趨勢(shì)。對(duì)數(shù)據(jù)的無(wú)限需求正在推動(dòng)新的通信標(biāo)準(zhǔn)(更高的頻率、更寬的帶寬、Wi-Fi 和蜂窩網(wǎng)絡(luò))。新興市場(chǎng)和無(wú)處不在的數(shù)據(jù)收集需要更低的測(cè)試成本。如果有數(shù)百億個(gè)單位都在通信,那么事情就無(wú)法像現(xiàn)在這樣進(jìn)行測(cè)試。必須真正提高性能,從而降低成本。
這些創(chuàng)新解決方案需要更高的頻率和更寬的帶寬測(cè)試。我們?nèi)绾螠y(cè)試一個(gè)具有多個(gè)無(wú)線電的設(shè)備,該設(shè)備非常大量地發(fā)貨,我們必須對(duì)其進(jìn)行多種類型的測(cè)試?必須減少測(cè)試時(shí)間,并且我們需要能夠確保在測(cè)試完成時(shí)不必重復(fù) - 測(cè)試高度準(zhǔn)確且可重復(fù)。這也推動(dòng)了對(duì)可重新配置硬件平臺(tái)的需求。必須將同一平臺(tái)用作測(cè)試所有這些無(wú)線電標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)備的通用基礎(chǔ)。
ADI已經(jīng)擁有并將來(lái)將擁有的RF和微波解決方案可提供從天線(傳感器)到處理器或云的寬帶RF和微波性能。這將為所有不同類型的測(cè)試提供可擴(kuò)展的性能和功能,以支持不同類別的儀器。ADI還使用更小、性能更高的解決方案實(shí)現(xiàn)了更高的集成度。能夠?qū)ν辉O(shè)備進(jìn)行多種標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試將導(dǎo)致設(shè)備更小。
信號(hào)鏈設(shè)備示例
ADI提供的一些高速和RF電子測(cè)試和測(cè)量產(chǎn)品包括示波器、RF功率計(jì)、矢量信號(hào)分析儀(VSA)、網(wǎng)絡(luò)分析儀、信號(hào)和頻譜分析儀、信號(hào)發(fā)生器、掃描儀/接收器、RF源、EMI測(cè)試接收器、寬帶放大器、電磁敏感性(EMS)測(cè)試系統(tǒng)、電纜和天線分析儀以及藍(lán)牙、WLAN和蜂窩模擬器。
矢量信號(hào)分析儀
矢量信號(hào)分析儀是一種在儀器范圍內(nèi)以單個(gè)頻率測(cè)量測(cè)量信號(hào)的幅度和相位的儀器。它可以以圖形方式和各種連接以各種形式提供,以測(cè)量代碼域功率、誤差矢量幅度和頻譜平坦度等。從這個(gè)基本儀器可以獲得多種測(cè)量值。ADI的優(yōu)勢(shì)在于ADC驅(qū)動(dòng)器和ADC、直接數(shù)字頻率合成和時(shí)鐘發(fā)生芯片。ADI的PLL和VCO主導(dǎo)著RF儀器儀表,ADI開(kāi)關(guān)無(wú)處不在。
矢量信號(hào)分析儀(以前稱為頻譜分析儀)測(cè)量并顯示幅度與頻率(頻域)的關(guān)系,但它通常可以具有時(shí)域信息。就其顯示內(nèi)容而言,它變得非常通用。其輸入頻率范圍可以是 9 kHz 至 6 GHz 甚至更高。下一個(gè)更高的帶寬通常是13 GHz和26.5 GHz,最高可達(dá)77 GHz。因此,可以使用較低頻率的組件和系統(tǒng)測(cè)試上變頻和下變頻。
在收購(gòu)之前,ADI公司僅擁有約20%的RF信號(hào)鏈。現(xiàn)在,該公司增加了各種功能,如無(wú)源混頻器、射頻開(kāi)關(guān)、窄帶和寬帶VCO,以及可調(diào)諧濾波器。幾乎每個(gè)RF組件都以某種方式得到了改進(jìn)。參見(jiàn)矢量信號(hào)分析儀信號(hào)鏈。
合成器
合成器是一種生成參考或比較信號(hào)以測(cè)試各種類型的設(shè)備的儀器。ADI公司的高速和RF器件產(chǎn)品組合包括無(wú)源混頻器、VCO、可調(diào)諧濾波器、開(kāi)關(guān)等。這是關(guān)于創(chuàng)建各種信號(hào),這種類型的塊可以是獨(dú)立類型的設(shè)備,也可以是另一種類型設(shè)備(如信號(hào)分析儀或網(wǎng)絡(luò)分析儀)中的塊。合成器是作為頻率發(fā)生器或調(diào)制組件的下一個(gè)模塊。參見(jiàn)頻率合成器信號(hào)鏈。
示波器
最后一個(gè)模塊是示波器,它是最有用的電子測(cè)試和測(cè)量設(shè)備類型之一。它提供信號(hào)的分析和顯示,例如幅度、頻率、上升時(shí)間、時(shí)間間隔和失真。這里發(fā)揮作用的ADI元件包括ADC,用于獲取位,然后可以對(duì)其進(jìn)行處理以用于顯示或分析。數(shù)字信號(hào)處理、濾波器、電壓增益放大器 (VGA) 和 PLL/VCO 等設(shè)備對(duì)于驅(qū)動(dòng)在前面板上設(shè)置的示波器的時(shí)序是必需的。參見(jiàn)示波器信號(hào)鏈。
射頻和微波控制產(chǎn)品
射頻開(kāi)關(guān)和衰減器是每件射頻設(shè)備中使用的一類重要組件。通過(guò)此次收購(gòu),ADI擁有非常廣泛的這些元件產(chǎn)品組合,用于簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)目的,以及用于數(shù)字控制衰減的數(shù)字衰減。這包括用于控制輸入和輸出、發(fā)送和接收的開(kāi)關(guān),以及用于選擇各種濾波器的開(kāi)關(guān)。
圖2.左側(cè)典型砷化鎵開(kāi)關(guān)與硅開(kāi)關(guān)的比較。
圖2顯示了砷化鎵(GaAs)與硅開(kāi)關(guān)的示例。左側(cè)是砷化鎵開(kāi)關(guān);右邊是一個(gè)硅開(kāi)關(guān)。重要的區(qū)別在于,硅開(kāi)關(guān)一直低至9 KHz,這對(duì)于需要放大器降至直流或極低頻率才能捕獲基帶類型信號(hào)和抗混疊的測(cè)試和測(cè)量應(yīng)用至關(guān)重要。
但這不僅僅是關(guān)于射頻。有各種各樣的轉(zhuǎn)換器:
AD9625 12位、2.6 GSPS/2.5 GSPS/2.0 GSPS模數(shù)轉(zhuǎn)換器
AD9691 14位、1.25 GSPS JESD204B、雙通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器
AD9684 14位、500 MSPS LVDS、雙通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器
AD9690 14位、500 MSPS/1 GSPS JESD204B模數(shù)轉(zhuǎn)換器
AD9152 雙通道、16位、2.25 GSPS、TxDAC+數(shù)模轉(zhuǎn)換器?
AD9154 四通道、16位、2.4 GSPS、TxDAC+數(shù)模轉(zhuǎn)換器
良好的射頻需要良好的功率
ADI目前擁有全球噪聲最低的LDO。低噪聲、高PSRR電源抑制比LDO是良好頻率生成所必需的。ADC用于測(cè)量信號(hào),但RF DAC也用于生成和合成RF和高頻信號(hào);圖 3 顯示了可能使用的各種組件。左側(cè)是ADC使用非常干凈的電源為各種電源軌供電,使用開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生不同類型的電源軌,右側(cè)是使用RF DAC的典型應(yīng)用,同樣使用負(fù)LDO以獲得最低噪聲,因此為RF的DAC提供最高的精度和最穩(wěn)定的輸出。
圖3.轉(zhuǎn)換器的清潔電源會(huì)產(chǎn)生干凈的信號(hào)。左側(cè)是ADC,使用非常干凈的電源為各種電源軌供電。
不僅僅是硅
ADI不僅僅是硅。該公司很自豪能夠幫助工程師和設(shè)計(jì)師開(kāi)發(fā)射頻系統(tǒng),包括免費(fèi)設(shè)計(jì)工具;基于合作伙伴FPGA的快速原型平臺(tái);來(lái)自實(shí)驗(yàn)室參考設(shè)計(jì)的電路,包括布局和設(shè)計(jì);和工程師專區(qū)技術(shù)論壇。??
一種名為ADIsimRF的模擬設(shè)計(jì)工具?是一款RF信號(hào)鏈計(jì)算器,可以計(jì)算級(jí)聯(lián)增益、噪聲系數(shù)、IP3等。根據(jù)需要,可以插入、移除或臨時(shí)靜音多達(dá) 20 個(gè)不同的舞臺(tái)。
結(jié)論
本文討論了ADI目前涵蓋的廣泛范圍——高達(dá)100%的超高性能和復(fù)雜類型的設(shè)備。非常重要的一點(diǎn)是,ADI的元件幾乎可以滿足信號(hào)鏈上的所有功能間隙。ADI目前在RF半導(dǎo)體領(lǐng)域排名#1,現(xiàn)在可以捕獲高達(dá)100%的RF信號(hào)鏈,涵蓋從0 Hz到110 GHz的完整頻率范圍,擁有1000多個(gè)RF和微波器件,在轉(zhuǎn)換器和線性器件中保持#1的領(lǐng)先地位。
審核編輯:郭婷
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