縱觀嵌入式系統悠久的歷史，到現在為止幾乎完全數字化了，但還有射頻和微波技術卻是兩個獨立的子系統并且相互之間也沒有有效的接口。由于各種原因，這個“射頻和數字間的鴻溝”也終將會連接起來。

去年10月，開發嵌入式系統（即板級數字和射頻子系統）的Mercury Systems公司（后統稱Mercury）發起了嵌入式和微波組件的制造商自發參與一個被叫OpenRFM的行動。該公司的目標是讓我們可以將射頻和微波技術首次集成到當前“純數字”嵌入式器件中。如果你不是在嵌入式系統行業，你可能想知道“為什么到現在才出現呢？”如果你在射頻和微波子系統設計行業，你可能會問“為什么要這么麻煩？”

第一個問題的答案是，數字和微波設計師一直以來處于不同的領域并且都無視對方的存在。第二個答案是集成這兩種不相關的技術的理由非常簡單，不管你屬于什么“陣營”，都有以下幾個原因：

●它將允許這兩種技術（數字和微波）集成在緊隨嵌入式系統行業之后的一種標準形式。

●它將在實現美國國防部的兩個主要目標的道路上又往前邁了重大一步：將大大增加功能集成，并允許雷達、電子戰、和其他系統被用于多平臺而不需要進行太大的改變或者重新設計。

●所有嵌入式系統制造商和承包商都遵循一個設計路線圖，同時保留相應的靈活性來區分他們的產品和別人使用他們自己的兼容OpenRFM產品。

●構建系統可以更小、更輕，耗能更少，更便宜，以及為嵌入式系統和終端產品能盡快面市。

雖然Mercury的目標是國防工業部門能夠參與OpenRFM，但是沒有理由不被其他嵌入式市場比如重工業、科學、醫療系統采納，例如，如果其中的一應用以某種形式利用無線通信，則OpenRFM對包含其內的商業系統制造商變成非常有價值。

為了擴大這種集成趨勢，Mercury需要將其標準加到當前家庭安防標準的嵌入式系統——OpenVPX中，其中首當其中的就是VITA（其前身是VMEbus國際貿易協會）。它的產生，至少是一個相當好的機遇，因為它相當符合該協會的路線規劃，它已擴展到包括軟件定義無線電和空間領域。

OpenRFM是基于OpenVPX板的一個模塊化、開放式體系結構，結合了硬件、固件和軟件，并允許高通道密度、先進互連技術，采用的是“積木式”的方法。該公司已經生產3u和6u的兩種OpenVPX波形系數的OpenRFM產品，如圖1和圖2所示。適用于OpenRFM在OpenVPX環境下，足以適應大范圍的集成微波子系統（現在被稱為集成微波組件或IMA）。

圖1：這是一個OpenRFM模塊，集成在一個OpenVPX板上。傳統來說，在OpenRFM模塊中執行的功能將占用一塊更大的獨立空間。

圖2：6u的底部VME載體和三個OpenRFM模塊：一個四分之一變頻器（左），寬帶調諧器（中）和直接數字合成器（右）。

最常見的是下變頻器，由它獲得每個系統的前端信號，在該系統中，信號必須通過空中捕獲和下變頻，其中下變頻可以由一個模數轉換器來完成。下變頻器的反面是上變頻器，這是相反的：一個低頻信號被增加到所要求的頻率通過一個特定的應用程序。這兩種IMA需要各種類型的軍用和商用系統器件，從衛星通信終端，到微波點對點連接幾乎都涉及各類通信系統。

這些都是復雜的產品包括主動和被動微波組件，范圍從相對較小到非常龐大。這些子系統通常不以板級的產品出現而是以一個單獨的功能塊形式出現，OpenRFM有可能使整個系統更小。其他典型的IMA包括完整的數字接收器同時結合傳統信號處理、通用處理、信號分配以及其他功能塊形成更大子系統。

為什么現在才出現？

正如我們都痛苦地意識到，國防工業已經主要由技術驅動而不是成本驅動。這是因為新的雷達、電子戰、和其他美國國防部（DoD）所需的系統是極其復雜的和對完成性能極具挑戰。也是因為五角大樓應對當前和下一代對手的能力，因為這些系統在這一領域保持了幾十年并且每隔幾年升級一次，另外這兩個需求并不便宜。

然而，抱著“盡管去做”心態的時代正在迅速接近尾聲，隨著國防部年度預算縮減，當然五角大樓的開支不是第一次放在顯微鏡下，但它可能是第一次。從技術上講數字和微波技術的各路承包商正在大范圍的讓預算變得緊張。所以OpenRFM非常適合成為其中一個推動者。

通過標準化機電、軟件，遙控飛機，和熱插拔接口這些使用于集成的微波組件（工業用語叫做IMA），OpenRFM幾乎可以完全改變國防系統構建的方式，提供一個基于標準的路線圖，允許系統在多個平臺上使用，這就是為什么他們今天才被設計和建造的反面證據。盡管一個雷達被“制造商A”為一架飛機而制造，跟“制造商B”為另一個飛機制造的雷達的功能是一樣的，但他們的設計幾乎完全不同，合并專利設計，并不能很容易地從一個平臺“移植”到另一個平臺。

這里有幾個先例…

在市場領域，數字和微波技術以一套準標準形式和諧共存，智能手機和其他無線設備就是一個典型的例子。在所有這些情況下，集成由需求所驅動——因為在這些電池供電設備中，沒有空間留給不同標準的技術。

藍牙產品和無線個域網（Zigbee）歸屬于無線通信，和無線接入點一樣，一些醫療設備，和其他產品，其尺寸或其他限制因素決定了數字和微波技術集成是非常重要的。他們體積小和獨特的數字和微波要求這種集成達到使用片上系統（SoC）方法的水平，因為這種方法可以真正地將數量驚人的功能集成在一個單一的芯片。一個很好的例子就是芯科實驗室的Si468x數字接收IC，其本質上是低功耗多波段數字廣播接收器，其支持調幅，長波、短波、調頻、調幅和調頻高清廣播、數字音頻廣播、數字多媒體廣播。

除此之外，它們包括一個OFDM信道解調器，音頻DSP處理，片上源解碼，I2S數字音頻輸出，一個立體聲音頻DAC、VCO、鎖相環（PLL）、頻率合成器、AGC SPI，I2C控制接口。典型應用包括多媒體手機、多媒體播放器、GPS設備和平板電腦，所有類型的固定和便攜式收音機、音箱、娛樂系統。

圖3：硅實驗室Si468x數字廣播接收器是一個一體化的解決方案。

有哪些挑戰？

重要的是要注意其他國防電子制造商出于必要，也會在板級產品中集成了射頻和微波技術。不同的是不像Mercury沒有一家有如此遠見能把標準方案公布出來。

第一個主要的挑戰是讓VITA會員在普通標準的開發流程之后批準以OpenVPX方式進行OpenRFM合并。有趣的是，OpenVPX在2009年被Mercury推薦，作為拓寬VPX標準訪問的一個方法，以及擁有28家公司參與開發的一個工作組。面臨的挑戰是會出現許多同樣的公司，他們幾乎對射頻和微波技術沒有興趣或技術能力來接受這個概念。如果他們這樣做，他們肯定要有效地簽署遵守標準，如果他們選擇這種技術添加到他們的產品系列中。

如果OpenRFM被VITA接受之后進行root，接下來毫無疑問，最艱巨的挑戰將是引導微波行業參與進來。這比OpenVPX困難的多，原因有兩個。首先，正如VPX已經是VITA標準，并且需要引入完全新的或截然不同的技術。這個挑戰將甩Mercury的對手幾條街。

其次，微波行業至少這些服務于航空航天和國防的部門，沒有像VITA一樣的標準機構，并且不習慣處理國防部或其他政府機構以外的任何標準。它也與VITA和嵌入式系統業務沒有關系。因此，OpenRFM可能很難賣給這些公司，雖然這個行業是否會參與進來，最初可能并不重要，因為它還需要來自國防部和主承包商的訂單。然而，如果國防部授權其使用，IMA制造商就必須得遵守它。

限制和機會

OpenRFM本就適合這些射頻輸出功率很低的應用，因為更高的功耗需要更大質上是最的組件，導致子系統太大而不能集成在OpenVPX.這意味著它將用于系統的接收而不是發送部分并且在射頻功率放大器，低噪聲放大器和其他小信號子系統的低功耗驅動階段。

然而，在子系統操作中高頻（毫米波領域）使用還是非常吸引人的，其中組件比較低的頻率和功率較低的組件要小的多。雖然不可能將高功率射頻和OpenRFM內的微波子系統進行整合，但也許可以讓他們去兼容它，這樣仍然可以讓來自各種微波制造商的系統統一標準。

接下來是什么…

OpenRFM第一次是在今年1月份的嵌入式社區VITA會議（被稱為嵌入式技術趨勢）上出現。下一步Mercury會在IEEE國際微波研討會上為OpenRFM提交申請，而且現在已經在進行中。由IEEE發起，該行業的主要國際研討會和展會匯集了幾乎世界各地的所有行業。該公司在這次活動中做了一些演講并首次針對電子戰的應用程序引入500- 18 GHz數字微波調諧器。整個RFM-1RS18包含三個OpenRFM模塊以單寬度6U VXS格式。在這個尺寸是一個轉換器帶四個IF輸出和頻率合成器。這個舞臺還會出現什么，只有具有極高洞察力的人才敢大膽猜測。

值得注意的是，無論OpenRFM是否被嵌入式系統和微波社區所接受作為OpenVPX的一部分，Mercury都贏了，因為它仍然將這個公式用于自己的產品。然而，集成射頻和微波IMA在一個板級產品（其中無一例外全是數字化）的動力這兩個行業都面臨迫在眉睫的挑戰，因為國防部正在認真考慮改變設計規范。國防高級研究計劃局（DARPA）和軍隊研發實驗室、空軍特別是海軍都參與該項目。可能需要一些時間才能讓國防工業廣泛接受這個挑戰，但從長遠來看它別無選擇。

OpenRFM發展背后的另一個最基本因素是：集成數字和微波技術是自第二次世界大戰以來都是令人難以攻破的難題。畢竟設計工程師也是人，并且一般情況下都抵觸具有顛覆性變化的挑戰。缺乏將這兩種技術在嵌入式“空間”結合的動力，誰知道什么時候才會有靈感突現呢，而且OpenRFM也許只是一個催化劑呢。