ADI

Peter Delos ADI公司

外差接收机作为接收机方案的标准选择已有数十年历史。近年来,模数转换器 (ADC) 采样速率的迅速提高、嵌入式数字处理的采纳以及匹配通道的集成,为接收机架构提供了几年前尚被认为是不切实际的其他选择。

本文比较三种常用接收机架构的优势和挑战:外差接收机、直接采样接收机和直接变频接收机。还会讨论关于杂散,系统噪声和动态范围的额外考虑。本文的意图并非要褒扬某种方案而贬抑其他方案,相反,本文旨在说明这些方案的优点和缺点,并鼓励设计人员按照工程准则选择最适合特定应用的架构。

架构比较

表1比较了外差、直接采样和直接变频三种架构。同时显示了每种架构的基本拓扑和一些利弊。

外差方法久经检验,性能出色。实施原理是混频到中频 (IF)。IF需选择足够高的频率,使得实际滤波器在工作频段中能够提供良好的镜像抑制和LO隔离。当有超高动态范围ADC可用时,增加一个混频级以降低频率也很常见。此外,接收机增益分布在不同的频率上,这使得高增益接收机发生振荡的风险非常小。通过适当的频率规划,外差接收机可以实现非常好的杂散能量和噪声性能。遗憾的是,这种架构是最复杂的。相对于可用带宽,其需要的功耗和物理尺寸通常是最大的。此外,对于较大分数带宽,其频率规划可能非常困难。在当前追求小尺寸、低重量、低功耗(SWaP) 并希望获得宽带宽的背景下,这些挑战难度很大,导致设计人员不得不考虑其他可能的架构选项。

表1. 接收机架构比较

直接采样方法已被业界追求许久,其障碍在于很难让转换器工作于直接射频采样所需的速率并且实现大输入带宽以及实现大输入带宽。在这种架构中,全部接收机增益都位于工作频段频率,如果需要较大接收机增益,布局布线必须非常小心。如今,在L和S波段的较高奈奎斯特频段,已有转换器可用于直接采样。业界在不断取得进展,C波段采样很快就会变得实用,后续将解决X波段采样。直接变频架构对数据转换器带宽的使用效率最高。数据转换器在第一奈奎斯特频段工作,此时性能最优,低通滤波更为简单。两个数据转换器配合工作,对I/Q信号进行采样,从而提高用户带宽,同时又不会有交织难题。对于直接变频架构,困扰多年的主要挑战是维持I/Q平衡以实现合理水平的镜像抑制、LO泄漏和直流失调。近年来,整个直接变频信号链的先进集成加上数字校准已克服了这些挑战,直接变频架构在很多系统中已成为非常实用的方法。

频率规划视角

图1显示了三种架构的框图和频率规划示例。图1a为外差接收机示例,高端LO将工作频段混频到ADC的第二奈奎斯特区。信号进一步混叠到第一奈奎斯特区进行处理。图1b为直接采样接收机示例。工作频段在第三奈奎斯特区进行采样并混叠至第一奈奎斯特区,然后将NCO置于频段中心,数字下变频到基带,再进行滤波和抽取,数据速率降低到与通道带宽相称的水平。图1c为直接变频接收机示例。双通道ADC与正交解调器对接,通道1对(同相) I信号进行采样,通道2对Q(正交)信号进行采样。许多现代ADC同时支持所有三种架构。例如,AD9680是一款具备可编程数字下变频功能的双通道1.25 GSPS ADC。此类双通道ADC支持双通道外差架构和直接采样架构,一对转换器合作则可支持直接变频架构。

图1. 频率规划示例。

采用分立实施方案时,直接变频架构的镜像抑制挑战可能相当难以克服。通过提高集成度并结合数字辅助处理,I/Q通道可以很好地匹配,从而大幅改善镜像抑制。最近发布的AD9371的接收部分是一个直接变频接收机,如图2所示,注意它与图1c的相似性。

图2. AD9371的接收部分:单片直接变频接收机。

杂散噪声

任何采用频率转换的设计都需要作出很大努力来使不需要的带内折频最小化。这是频率规划最微妙的地方,涉及到可用元件与实际滤波器设计的平衡。某些杂散折叠问题在此略作说明,如需详细解释,请设计人员参阅参考文献。

图3. ADC折频。

图3显示了ADC输入频率和前两个谐波的折叠与输入频率(相对于奈奎斯特频段)的关系。当通道带宽远小于奈奎斯特带宽时,接收机设计人员的目标是选择适当的工作点以将折叠的谐波置于通道带宽之外。

接收机下变频混频器会增加复杂性。任何混频器都会在器件内引起谐波。这些谐波全都混在一起,产生其他频率。图4显示了这种影响。

图4. 下变频混频器杂散。

图3和图4仅显示了截止三阶的杂散。实践中还有其他更高阶的杂散,设计人员需要处理由此而来的无杂散动态范围问题。对于较窄的小数带宽,细致精当的频率规划可以克服混频器杂散问题。随着带宽增加,混频器杂散问题成为重大障碍。由于ADC采样频率提高,有时候使用直接采样架构来降低杂散会更切合实际。

接收机噪声

接收机设计的很多工作是花在最小化噪声系数 (NF) 上面。噪声系数衡量信噪比的降低程度。

器件或子系统噪声系数的影响是使输出噪声功率高于热噪声水平,即被噪声系数放大。

级联噪声系数计算如下:

ADC之前的接收机增益的选择以及所需ADC SNR的确定,是接收机总噪声系数与瞬时动态范围平衡的结果。图5为要考虑的参数的示意图。为了便于说明,接收机噪声折算到ADC前端抗混叠滤波器之前,即被滤波之后的噪声。ADC噪声显示为平坦的白噪声,目标信号显示为–1 dBFS的连续波 (CW) 信号音。

图5. 接收机 + ADC噪声。

首先需要常用单位,即dBm或dBFS。根据转换器满量程电平和转换器噪声密度,可将ADC噪声从dBFS换算为dBm。此外,噪声功率与带宽成比例,故而需要一个常用带宽单位。某些设计人员使用通道带宽,这里我们归一化到1 Hz带宽,噪声功率为/Hz。

总噪声计算如下:

这就引出了ADC灵敏度损失概念。ADC灵敏度损失用于衡量由ADC噪声引起的接收机噪声性能降低程度。为使此降幅最小,接收机噪声需要远高于ADC噪声。限制来自动态范围,较大接收机增益会限制能接收而不会使ADC饱和的最大信号。

因此,接收机设计人员总是要面对动态范围与噪声系数平衡的挑战。

结语

本文简述了外差、直接采样和直接变频三种接收机架构,重点讨论了每种架构的优势和挑战。本文还介绍了接收机设计的最新趋势和考虑。对更高带宽的普遍渴望,结合GSPS数据转换器的进步,将使许多不同的接收机设计在未来很长时间内百花齐放。

参考文献

Peter Delos。“数字波束赋形相控阵的接收机设计考虑”。微波和RF,2014年。
Jonathan Harris,“数字下变频器的发展和更新——第一部分和第二部分”。模拟对话,2016年。
Bert Henderson。“微波系统中的混频器”。WJ Tech-Note,1990年。
Walt Kester。“模数转换”。ADI公司,2004年。
Kevin McClanning和Tom Vito。“无线电接收机设计”。纽约,Noble Publishing,2000年。
Behazd Razavi。“直接变频接收机设计考虑”。IEEE,1997年。
RF和微波噪声系数测量基础知识。Keysight应用笔记。

作者简介

Peter Delos是ADI公司航空航天和防务部的技术主管。他于1990年获得美国弗吉尼亚理工大学电气工程学士学位(BSEE),并于2004年获得美国新泽西理工学院电气工程硕士学位 (MSEE)。他拥有超过25年的行业经验。

其职业生涯的大部分时间花在高级RF/模拟系统的架构、PWB和IC设计上。他曾在美国海军核动力潜艇项目及洛克希德·马丁公司(新泽西州摩尔镇)的多个雷达和电子战项目上任职。2016年,他加入ADI公司并担任现职位,在美国北卡罗来纳州格林斯博罗工作。

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Maithil Pachchigar Applications Engineer Analog Devices, Inc. Richard Liggiero 总工程师
LTX-Credence

摘要

设计中选择高分辨率ADC时,经常需要了解一些数据手册中通常可能不会公布的特性数据,例如,全部代码范围内的转换器噪声性能。在数据手册中,您不一定能找到这一规格。幸运的是,设计人员现在有一款工具可以分析ADC的这些数据以及其他参数,并从系统角度出发评估转换器的真正性能。

ATE系统制造商LTX-Credence (LTXC)开发了“特征分析”工具集,可分析诸如AD7960之类的转换器产品;这类产品针对高端仪器仪表和ATE设计。该工具集设计用于需要仔细分析传递函数或根据全部代码(而非典型短路输入)范围内或处于其他几个独特的转换器电平时的性能直接测量输出的系统。

选择ADC时,您可能需要整体考虑ADC效率、功耗、尺寸和价格。此外,还应密切注意奈奎斯特带宽内的静态和动态性能。本文介绍的工具集有助于了解数据手册之外的内容,帮助您在新系统设计中选择合适的精密ADC。我们将使用特征分析工具集演示ADI的18位PulSAR®ADCAD7960性能。

AD7960

如图1所示,AD7960和18位、5 MSPS差分ADC采用CAPDAC(容性数模转换器)技术降低噪声并增加线性度,而不会引入延迟或流水线延迟。AD7960在转换开始后大约100 ns内返回采集模式,并且其采集时间约为总周期时间的50%。因此,虽然该器件工作速度比第二快的18位SAR ADC高出将近两倍,它们的采集时间却基本相等。这使得AD7960易于驱动,并降低ADC驱动器的建立时间要求。它提供宽带宽、高精度(INL:±0.8 LSB,SNR:99 dB,THD:−117 dB典型值)以及高端数据采集系统所需的快速采样(200 ns)性能,同时降低多通道应用的功耗和成本。

图1. AD7960功能框图显示CAPDAC用作SAR(逐次逼近型寄存器)环路的一部分。

AD7960系列数字接口采用LVDS (低压差分信号),具有自时钟模式和回波时钟模式,提供ADC和数字主机之间高达300 MHz (CLK±和D±)的高速数据传输。由于多个器件可共享时钟,因此LVDS接口降低了数字信号的数量,简化了信号路由。它还能降低功耗,这在多路复用应用中尤为有用。

自时钟模式利用主机处理器简化接口,允许接头采用复杂时序同步每次转换的数据。每个系统中使用很多ADC,同时又有各种电路板空间、功耗和布局布线方面的限制时,该模式特别有益。若要让数字主机采集数据输出,则需要用到接头,因为数据不存在时钟输出同步。每个系统中使用几个ADC,并且不存在任何电路板空间或功耗限制时,回波时钟模式很有用。该模式提供稳定的时序,但要使用一对额外的差分对(DCO±)。

AD7960采用1.8 V和5 V电源供电,在自时钟模式下进行转换时,5 MSPS速率的功耗仅为39 mW;而在回波时钟模式下进行转换时,5 MSPS速率的功耗为46.5 mW。如图2所示,该器件的功耗随采样速率线性变化,从而非常适合低功耗应用。极低采样速率下的功耗主要由LVDS静态功率所决定。

图2. AD7960功耗与吞吐速率的线性关系

AD7960系列允许使用三个外部基准电压源选项中的任意一个:2.048 V、4.096 V和5 V。片内缓冲器使2.048 V基准电压翻倍,因此转换等效于4.096 V或5 V。

特征分析工具集

为了获得传统数据手册以外的数据,我们将简单演示特征分析工具集与ADC交互的情况。现在的数据手册无论性能数据或结构内容都非常相似,因为转换器市场已经到达了这样一种状态,即性能通常让步于价格和功耗。但这些权衡取舍的代价是什么?本文重点说明转换器的真实性能。

图3. 使用特征分析工具集的数据流会产生多个曲线图形

特征分析工具集使用的算法可将数据分析推至能够评估转换器真实性能的程度,超出传统数据手册中公布的内容。该工具集一开始是作为LTXC数据转换器测试模块(DCTM)新一代组件的评估工具而开发。得益于DCTM的成功,该工具集可提供全代码范围内验证、指定与表征转换器的方法。DCTM和数据处理算法针对转换器测试而开发,可让IC制造商实现产品增值。作为一流的混合信号通道卡,DCTM在评估转换器性能以及性能、功耗和价格的权衡取舍方面超越了熟知的标准台式仪器仪表。

特征分析工具集提供有关ADC传递函数的重要详情(如图3所示),有助于最终用户选择特定的转换器。这些详情还能为产品开发团队提供转换器传递函数相对理想转换器产生偏差的精确反馈。识别传递函数中的扰动并不是个陌生的概念。然而,对于系统开发流程而言,将产生扰动的位置隔离开来具有极高的价值。

评估AD7960

这里显示使用LTX-Credence特征分析工具集收集的转换器信息。对于高分辨率精密转换器而言,线性度和动态性能是两个重要的测试要求。这些针对AD7960的测试使用工具集进行分析并显示,其图形参见图4。这些参数也可在AD7960数据手册中找到。

图4. (a) INL和(b) DNL线性度曲线的AD7960静态性能

确定AD7960和整个数据采集系统质量的关键因素是信号完整性以及测试设备模拟仪器的性能。查看转换器最终结果时,信号完整性有时候会在转换中丢失。测试的信号调理网络、参考设计以及电源确实会对测得的整体性能产生影响,如图5所示。

图5. AD7960动态性能,使用特征分析工具集测量,显示THD=119.8 dB、SNR=99.2 dBFS、ENOB=16.2位。

采用特征分析工具集对AD7960的数据集进行后期处理可获得满量程范围内的转换器噪声性能。LTXC开发了一种新的方式,重构全代码范围内的高分辨率转换器噪声,如图6所示。

图6. 该AD7960噪声响应曲线包括ADC所有代码下的数据

为了通过公开的数据手册增加产品吸引力,我们可以在ADC的全部代码内对转换器噪声性能进行表征,而非仅针对典型短路输入或对几个其他独特的转换器电平表征。这种方法可以提供转换器以及采集系统更为全面的信息。

通过这些由工具集收集到的信息集,您可以确定稳定性,并预测SNR、其可重复性和可重现性,以及与代码有关的潜在噪声问题。目前的数据手册并不提供这些额外数据,而它们可以帮助设计人员选择转换器,并在所有代码中广泛使用。除了使用工具集作为反馈机制以帮助未来的系统级设计实现差异化外,它还能用作演示工具,显示转换器的信号完整性。总而言之,图6显示了所有代码(262, 144, 218)下AD7960的噪声。

单一的代码直方图无法揭示这类噪声响应。从系统角度而言,这一点在实际使用中非常重要。例如,ATE制造商在整个传递函数范围内使用转换器,而非针对单个代码方式使用,这使得转换器对系统级设计人员而言更具吸引力。

如同采用AD7960的实例,图6未显示明显的传递函数偏差或任何特定的不连续性,因此证明了系统的性能。进一步研究图6中的噪声曲线,便可以通过下式推导出SNR:

如图5所示,测得的SNR为99.2 dBFS。测试得到的全部代码噪声与等式计算得到的100.7 dB噪声水平相差在1.5 dB以内。此外,工具集还具有信息后期处理能力,提供AD7960真实性能的更佳视图。

结论

在权衡关键的性能、功耗和价格等指标时,评估高端转换器的系统级设计人员将会发现这类结果对于转换器的选型而言极具价值。使用特征分析工具集,您可以直观地查看传统数据手册以外的规格,同时识别反馈的关键参数性能指标,改善并验证新一代仪器仪表设计。

参考文献

Liggiero, Richard.“测试数据转换器——ADC测试开发工具套件(Testing Data Converters—The ADC Test Development Tool Kit)。”LTXC 博客,2012年9月25日。

Liggiero, Richard.“测试数据转换器——ADC测试开发工具套件第二部分(Testing Data Converters—The ADC Test Development Tool Kit—Part 2)。”LTXC 博客,2012年9月27日。

Pachchigar, Maithil.“高性能数据采集系统增强数字X射线和MRI的图像(High Performance Data Acquisition System Enhances Images for Digital X-Ray and MRI)。”模拟对话,第48卷,第1期。

Pachchigar, Maithil.“成像改善(Imaging Improvements):高性能数据采集系统增强数字X射线和MRI的图像(High Performance Data Acquisition System Enhances Images for Digital X-Ray and MRI)。”New Electronics (UK). 2013年10月。

作者简介

Maithil Pachchigar是ADI公司精密转换器业务部的一名应用工程师。他于2010年加入ADI公司,为工业、仪表、医疗和能源行业的客户提供高精度ADC产品技术支持。自2005年以来,Maithil一直在半导体行业工作,并已发表多篇技术文章。他于2006年获得圣何塞州立大学电气工程硕士学位,并于2010年获得硅谷大学MBA学位。联系方式: maithil.pachchigar@analog.com

Richard Liggiero是LTX-Credence的总工程师。他于2006年6月加入LTX-Credence,目前领导着开发新一代测试方法和测试技术的混合信号测试应用团队。他是IEEE TC-10标准委员会(针对ADC/DAC规格)、国家工程荣誉协会(Tau Beta Pi)和国家电机工程荣誉协会(Etta Kappa Nu)的会员。 他拥有美国东
北大学硕士学位且持有两项专利。他具有20多年的半导体行业经验,始终致力于超精密模拟测量的LTX-Credence创新技术以及面向新市场的信号技术工作。联系方式: richard_liggiero@ltxc.com

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尽管物联网产业存在普遍的欣欣向荣态势,但物联网的另一个方面往往被上述描述所掩盖和忽视。事实上,到今天绝大多数的物联网项目都失败了。

物联网是当今世界最热门的新一轮经济和科技发展的战略点之一,未来几年内,物联网设备连接数量将会达数百亿,甚至千亿。相比移动互联网市场规模,物联网是其数十倍容量,被视作为全球经济增长的新引擎。物联网技术已经应用到车辆、工业、智能家居、智能交通、智能物流等诸多领域。

尽管物联网产业存在普遍的欣欣向荣态势,但物联网的另一个方面往往被上述描述所掩盖和忽视。事实上,到今天绝大多数的物联网项目都失败了。据思科统计,这个数字占到当今所有物联网项目的75%。

那么关键的问题是:我们如成为那25%的优胜者?

计划、部署和管理物联网解决方案的复杂性并不是一项简单的任务,而且这也是企业试图在几乎所有垂直领域解决的问题。延迟上市时间、错失营收机会、竞争劣势、技术不兼容以及围绕客户忠诚度的问题,这些都只是当物联网挑战没有得到积极解决时可能导致的一些缺陷。不幸的是,许多组织目前没有这样的内部专业知识。

梅里马克学院(Merrimack College)的一项研究发现:

80%的组织缺乏必要的物联网技能,以确保解决方案按照最初的计划工作。
76%的受访者表示,他们的组织缺乏具备物联网技能的高级战略级别员工。
72%表示他们的组织需要更多的物联网管理经验。

这些清楚地指出了许多企业在涉及物联网生命周期管理时所面临的挑战。我们需要扭转这一局面,我们同时也需要尽快做到这一点。如何做到?具体而言,有六个主要挑战阻碍企业部署物联网,并且每个都有可行的解决方案可以使物联网部署成为更加无缝,高效的流程。

挑战1:实现投资回报

物联网正在蔓延至所有行业。企业正在大力投资包括试点物联网项目,因为他们意识到了该技术的众多好处。投资物联网以获得长期利益是任何寻求可持续发展企业的明智之举,但许多企业难以最大限度地提高物联网计划的投资回报率,这通常与缺乏全面战略和他们对物联网的准备情况有关。

虽然硬件成本在不断下降,但创建物联网系统所需的时间成本也很大,而且经常被低估。还有硬件技术和集成,以及软件开发和数据分析等。

如果一家公司要进行这项投资并提高产品售价,那么,用户是否有足够需求来接受价格上涨?产品是否有足够利润来平衡公司创建产品所需的大量成本和时间?风险/回报是否足以证明产品推出的合理性? 这些都是棘手问题,需要彻底了解利益方相关方的机会和价值主张。

解决方案:物联网战略和验证

这需要深入的物联网知识、经验和全球影响力来帮助构想和交付完整的物联网管理能力。增加物联网投资的回报意味着需要制定全面的战略,了解企业准备情况,以改善业务成果。企业决策者还应该在不同时间验证物联网的盈利能力并证明投资的合理性,这些应该在相对较短的周期内进行。

挑战2:管理业务应用程序和访问数据

企业经常面临定制和集成相互依赖的单点解决方案的挑战。如果不能收集可操作的、可用的数据和见解,他们就无法分析他们的物联网部署的有效性,并且可能无法进行必要的调整以最大化投资回报。

解决方案:物联网应用程序管理和数据即服务(DaaS)

业务和技术支持应用程序的服务,支持广泛的物联网生态系统,是至关重要的功能。例如,基于位置的服务(LBS)提供强大的跟踪和资产管理功能。全球内部系统和外部访问点提取多个数据元素有助于为洞察力驱动的业务决策提供信息。此外,物联网数据的高级可见性使企业能够做出预测性决策,从而推动项目投资回报。

挑战3:技术能力

大多数组织通常无法清楚地了解可操作的,可分析的数据,从而改善日常决策和业务绩效。梅里马克学院的研究支持这一论断,发现46%的全球企业缺乏在分析和数据科学方面有经验的员工,48%的企业不具备确保物联网部署成功的技术支持技能。要想获得成功,物联网产品还需要硬件技术和集成,以及重要的软件开发和数据分析等专业知识。

解决方案:报告和分析

通过集成的物联网系统,企业可以获得和利用围绕关键业务指标的数据,包括网络状态,资产运行状况,工作效率和运营商合规性。通过了解数据流量和使用模式,企业可以主动评估物联网项目带来的价值。

挑战4:管理连接和物联网无线运营商

物联网生态系统庞大而复杂,有着几乎无穷无尽的连接服务,需要连接运营商,也有不同的设备合作伙伴和技术组合,这些连接使企业很难制定决策和推进项目。正如我们从一些引人注目的失败项目中看到,很多物联网产品试图连接尽可能多的“东西”是导致物联网失败的根本原因。

解决方案:连接和运营商管理

物联网是关于生成可操作的数据,可以对其进行分析以推动更好的业务决策。这些连接是物联网的基础,但真正价值来自这些连网设备生成的实时或接近实时的数据流,这些数据流可以被分析并转化为可操作的。

对于连接的网络,企业需要从那些能够提供与获取全球连接覆盖和广泛技术(如蜂窝、卫星和LPWAN)相关的人那里寻求专业知识。

挑战5:网络和安全管理

已经发生了很多黑客入侵物联网设备的例子,从用于儿童的智能家居产品到互联网内容的删除等。一般的企业并没有安全顾问和技术专家,无法有效地部署,然后大规模管理物联网设备和网络。许多企业也没有能力跨设备,应用程序,网络和数据等采取整体方法来防范。

解决方案:网络和物联网安全管理

专为物联网而设计的基于云的安全网络可实现可扩展性和全面的安全措施,以确保有效的物联网管理。功能应该包括连接和嵌入式软件层的保护,例如扩展到蜂窝连接设备的VPN选项、动态路由和虚拟解决方案,以确保数据保护。这意味着更好地控制物联网网络、设备和应用程序,以最大化性能和可管理性,并确保增强的安全性和对数据入侵和攻击的保护。

挑战6:了解后勤和持续管理要求

对发布物联网解决方案的组织来说,彻底了解端点部署需求、持续的托管服务和支持以及遵从性需求是一个反复出现的挑战。许多组织可能没有针对这些需求进行适当的计划,从而影响运营效率并最终推高成本。

解决方案:端点生命周期管理和托管服务

企业可以通过减少当前合作伙伴的数量来提高投资回报率。在这样的情况下,需要将更少的资源分配给合作伙伴管理,同时通过部署,运行,以及可持续的步骤来获得更多的集中支持,以协助他们的IoT解决方案和终端技术的生命周期管理,从采购到激活的边缘设备,再到终端的配置服务选择。这确保了物联网端点的维护、问题的快速解决以及高级的交换和替换能力的来保护项目投资回报。

总结

随着物联网的复杂性和优势的扩大,企业必须考虑实施上述解决方案的最佳策略。这样做需要对企业能力有着非常高的要求,以确定是否有必要在内部添加应对这些挑战的物联网专家,或者加快与专家合作伙伴的物联网部署。

编译自:rtinsights

本文转自:是什么在阻碍我们部署物联网?

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Alex Zou 应用工程师 ADI公司

摘要

为了满足智能手机功能日益提高的数据需求,现代数字移动通信系统的基础设施必须持续发展以支持更宽的带宽和更快的数据转换。为实现高速的数据速率,数字转换器中的数字中频处理、包括DDC (数字下变频器)和DUC(数字上变频器)是其中主要的功能模块。这些数字功能可在DSP和FPGA中实现,某些大公司也会构建自己的数字中频处理ASIC。ADI公司正在将越来越多的此类数字中频处理模块集成到高速转换器IC中,从而大幅减轻设计工作,节省系统成本和功耗。本文探讨ADI公司IF和RF转换器中的集成DDC和DUC通道,并说明它们在实际应用中如何工作。

高速转换器是现代无线基站系统的关健功能之一。越来越多的此类转换器集成了复杂的数字信号处理模块,以便简化系统设计中的FPGA工作。转换器中的数字信号处理模块对系统设计非常有益,但这些益处尚未得到很多工程师的全面了解。希望本文能给数据转换器中的DDC和DUC功能做一个清楚的说明,使系统设计人员能充分利用ADI转换器给收发器架构带来的好处。注意:本文将聚焦于ADC和DAC中的数字处理模块;因此,某些描述中将发射机和接收机模块加以合并。请忽略可能引起混淆的信号流向。

在现代数字移动通信系统中,发射和接收路径(包括下面描述中的反馈接收路径)可根据信号特性分为三个主要电路级:射频级、模拟中频级和数字中频级。

详文请阅:IF/RF数据转换器中的数字信号处理

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Analog Devices, Inc. (ADI)近日在其先进工业4.0发展规划中公布了一系列解决方案,旨在帮助工业设备OEM加速迈向工业4.0。这些新型解决方案为现有工厂基础设施提供新一代的灵活性、连接能力和效率。

“我们的客户希望快速迈向工业4.0,但也需要确保其投资属于可行的长期计划。”ADI公司工业自动化业务部总经理Brendan O'Dowd表示,“鉴于目前的创新速度,这可能非常难实现。我们专注于一系列解决方案,利用这些解决方案客户可以快速抓住机会让现有老旧基础设施走上工业4.0的快车道。我们今天宣布的每个解决方案都是这些战略的关键构建模块,包括确定性以太网、安全性和状态监控。”
• 了解有关ADI如何加速迈向工业4.0的更多信息:
http://www.analog.com/pr1114/IAT

ADI公司新型工业4.0解决方案:

设备级安全性和时间敏感网络(TSN)交换功能

ADI现提供基于硬件的新型身份识别解决方案,可在工厂控制环路内实现网络边缘的安全性,并改善现场设备的安全状况以满足安全标准和要求。这些新功能与具有TSN特性(包括时间同步(802.1AS)抢占(802.1Qbu/br))的实时以太网多协议交换芯片集成,以通过OPC-UA控制工业应用。通过将安全功能与TSN特性相结合,ADI在工业网络边缘实现了最先进的现场设备通信解决方案,以易于使用的模式加快客户产品上市和工业4.0的采用。欲了解此主题的更多信息,请阅读: http://www.analog.com/pr1114/technical_article/tsn

适用于状态监控(CbM)的ADcmXL3021模块rong

ADcmXL3021模块是基于ADI屡获殊荣的微机电系统(MEMS)传感器技术的完整检测系统,其通过监控机械疲劳和故障的早期指标来提高生产效率并减少设备维修,适用于各种工业设备和运输车辆。这种三轴振动传感模块将MEMS传感器与多种信号处理功能结合在一个紧凑的外形中,可简化开发过程并节省CbM系统中智能传感器节点的大量物料成本。查看产品页面、下载数据手册和申请样片: http://www.analog.com/pr1114/adcmxl3021

适用于工业应用的高精度雷达传感器

Symeo GmbH现为ADI公司的一部分,最近推出了60GHz工业雷达传感器系列LPR®-1DHP-200。这些下一代定位系统提供高度精确且强大的一维距离测量,精度达到毫米级,适用于先进自动化、运输和生产过程。点击此处了解更多:www.symeo.com/cn/products/distance-measurement/new-radar-product-family-...

关于ADI公司

Analog Devices, Inc.是全球领先的高性能模拟技术公司,致力于解决最艰巨的工程设计挑战。凭借杰出的检测、测量、电源、连接和解译技术,搭建连接现实世界和数字世界的智能化桥梁,从而帮助客户重新认识周围的世界。详情请浏览ADI官网http://www.analog.com/pr1114

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上周,全球最大的技术信息集团 ASPENCORE 在深圳举办全球 CEO 峰会。来自世界各地的行业领袖和技术大咖云集深圳,探讨人工智能的冲击与契机、物联网路线图、联网标准之争等热门话题,并前瞻改变世界的未来技术。

会议期间,ADI 中国区总裁范建人(Jerry Fan)接受了 ASPENCORE 中国区主分析师 Echo Zhao 的独家采访,就 ADI 中国在 ADI 全球市场中扮演的角色进行了深度分享。

问:ADI 中国最近几年发展的非常好,请您谈一谈 ADI 中国在 ADI 全球目前扮演的角色。

答:ADI 中国这几年的发展的确非常迅速,已经成为 ADI 全球增速和体量最大的市场之一。ADI 中国不仅看重市场份额,更看重市场需求,因为市场需求是引领全球发展的重要因素。举一些例子,在无线通信方面,中国的 5G 部署绝对是领先全球的;在电动车市场,中国基本占据了全球 50% 的份额;另外还有一块可能是大家不了解的,就是中国的电池生产占全球 60%,电池管理系统与监控技术的应用也都发生在中国。所以中国对 ADI 全球的重要性不仅是来自市场的大小,而且在于市场本身引领了很多技术的发展。所以很多专注于中国市场的技术开发,慢慢会扩展到全球来应用。

问:也就是说由中国的经济体量带动了技术的发展。在今年的市场环境下,您能否谈一谈 ADI 中国的战略是否有什么变化?

答:讲到中国战略,很重要的一点就是中国与其他国家有什么不同。我觉得最大的不同可以用两个词来概括:速度、体量。所有的技术在中国应用,速度和体量都和其他国家不一样。

所有技术的应用和创新速度,中国远超其他国家,比如移动支付。我们往往用一个指标来衡量——50%的市场使用率需要多久时间才能达到?我们知道苹果也在推移动支付,中国有支付宝、微信支付,但中国实现的速度基本比全球快一倍。再比如滴滴,国外是Uber。滴滴在中国的使用率,在短短的一、两年内超出了50%,Uber在美国的发展就慢很多。所以从速度角度来说,中国是独有的。

从体量来讲,中国也是非常特殊的。大家都知道手机有指纹解锁,现在指纹解锁有个新的应用:家庭门锁。中国电子锁的市场是4亿套,只要有10%的电子锁用到指纹那就是4千万台的市场。

所以在这个量的基础上,很多的创新和新的应用就产生了。ADI中国要特别照顾到这两个市场的需求。在很大的体量支撑下,对成本结构有更大的要求,ADI对中国的策略也是来支持和符合这样的需求。

所以核心战略简单来讲就是两条,第一我们要做合作伙伴、产业合作;第二个战略就是本地化。

从合作伙伴角度来说分两个层面:第一,中国的生态系统是和国外不一样的,必须要和合作伙伴共同打造整个生态环境,形成双赢的局面;第二,与客户合作,与客户不再是以前简单的买和卖的关系,要和客户建立一些创新的业务模式,有一些利益共享、共同开发市场的举措。这些都是ADI在中国做业务合作方面的一些策略。从本地化角度来讲,是从多个层面来看,第一,因为中国的体量和速度,我们专门针对中国市场做很多新的产品;第二,由于市场对速度的要求,我们把很多在美国总部、欧洲总部来做对中国市场的决策权迁移到了中国,希望我们对中国的市场、中国的客户有快速的响应。这些本地化,包括人才的本地化,加在一起对中国市场会更接地气、提供更好的支持。

问:所以ADI中国的研发工程师可能会有一些变化,在您年初的演讲中我也听到了,研发中心正变成创新中心,那能不能请您分享一下今年有哪些值得赞赏的创新?

答:ADI在中国的研发投入比较大,分别在北京、上海和杭州都有研发中心,总共约有300余位设计工程师。传统上,ADI的研发中心专注于执行全球的产品定义和策略,是作为开发的人力资源。现在ADI在中国的研发中心慢慢转型为自己来了解市场需求、自己来定义符合中国市场的产品,从单单执行的劳动力变成了解市场、符合市场需求的创新定义。

举例来说,我们开发的气体识别整体系统方案,是专门针对中国市场的一些特别需求,现在这个产品不仅是符合中国市场,也已经推广到全球。更重要的是,我们很注重这些技术本身的内涵和创新度。现在中国研发中心已经有五十几篇登记在册的专利,连续四年5篇论文入选ISSCC,所以中国研发中心的技术含量非常高。

最后,我想分享的是我们在中国专门成立了一个系统团队。晶圆或芯片级的开发周期比较长,成本也非常高,需要大量的支持,很多时候创新不仅是芯片级,而且可以是在系统应用级的创新。这个系统团队会利用ADI在全球开发的芯片技术,快速在中国配上适合的软硬件、算法、封装,找到适合的应用场景,快速落地,充分解决了速度和中国市场符合度的问题。这样一来,对中国客户来说有更适合的产品,对ADI的业务来说又有快速的增长。

听起来太棒了,感觉ADI立足于中国本土,针对本地化的需求,把它们变成创新的产品,甚至在推向全球,真是很了不起的团队。希望我们ADI中国能更好地服务我们中国工程师!谢谢范总!

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编者按:未来工业4.0的设备和装置的智能化程度会越来越高,对产品灵活度、效率、通信、安全性和可靠性的要求也越来越高。ADI在面对工业4.0领域的电源创新时,对产品的效率、尺寸和EMI三个方面的性能指标制定了极为严苛的考评要求,以研发更高效率、更低EMI、更小尺寸的电源产品,帮助客户向工业4.0过渡。

ADI电源产品技术优势

工业4.0时代,在使用大量数据、设有各种传感器的设备中,电源的外形尺寸、效率、EMI性能非常关键。ADI对产品的EMI、尺寸和效率三个方面的性能指标制定极为严苛的考评要求,以研发更高效率、更低EMI、更小尺寸的电源产品。自ADI公司2017年完成了对Linear凌力尔特公司的收购后,ADI把Linear的优质电源产品与其自身原有的电源管理产品相结合,成为了“Power by Linear”产品系列,加强了ADI公司在电源领域的优势。

1) 解决EMI问题。ADI拥有Silent Switcher技术的开关电源,它是从工程物理的角度实现突破和创新。它在芯片设计上做了两个反向的电优化,产生闭合的磁力线,减小对外界EMI的干扰。同时,ADI用倒装的方式替代传统的用金线去绑定内核的方式,从而缩减电流,让EMI降到最低。除此之外,ADI还通过一系列工艺的优化,获取更优异的EMI性能,满足CISPR25 EMI标准。

【ADI Silent Switcher技术】

2) 工业设计中密度和板卡的复杂程度越来越高,降低客户在工业领域和板卡设计时的难度,帮助客户缩减电源电路板的尺寸和电路设计的复杂程度也是ADI在产品研发和创新中极为重视的一个维度。ADI把过去非常复杂的电源系统集成在一个模块里,比如高度集成的LTM4668,面积仅为6.25mm X 6.25mm,厚度只有2.1mm。它可以把不同输出并联在一起,得到不同电流组合,帮助客户节省物料,并提高产品设计的灵活性。

【图为LTM4668与其他产品的比较】

3) 提升效率和节能降耗:从一个电路来讲,有两个方面的损耗是必须面对的。一个是MOS管开关损耗,另一个是电感作为储能器件的损耗。这两部分的损耗让你无法克服传统电源的弊端,效率很难达到93%、94%以上。但LT8610AB的效率却非常出色,在负载电流1A时可以达到94%;而且在1毫安到3A的宽范围内,LT8610AB的效率始终保持在92%以上。

比LT8610AB的效率更高的是LT8640S,1A-3A的工作效率可轻松超越95%。

ADI电源产品所面向的重点市场

ADI亚太区分销渠道战略合作伙伴——Excelpoint世健公司产品市场部副总监郑舒达表示:基于以上的技术优势,ADI针对汽车、通信和能源市场推出了众多产品,帮助客户迈向工业4.0时代。

1) 随着无人驾驶技术、无人工厂、驾驶辅助系统的兴起,激光雷达、普通雷达、相关测量测控单元作为未来自动驾驶和无人机非常核心和关键的平台,与人们的安全息息相关。ADI推出了全球噪声最低的几款电源——LT3042、LT3045可用于应对雷达、射频、高频应用对精度、性能和稳定性的需要——噪声只有0.8微伏,与电池差不多,为自动驾驶领域提供更好的性能和可靠性,推动产业的发展。而ADI全新的Silent Switcher技术在无人驾驶和智能工厂中同样可以被使用。除此之外,ADI还发起并主导了PoDL(Power Over Data Line)这一全新的概念。在未来汽车中采用以太网连接,可以节省非常多的电缆施工和重量,提高可靠性,降低施工难度。

【具备PoDL的高带宽以太网将解决今天内部互联的诸多挑战】

2) 面对5G通信市场,ADI研发了一个没有电感的转换器,通过4个MOS管去做电压转换,面积仅占2.8 X 2.8cm,可输出48伏到24伏 500W,在全范围可以做到99%的效率,并且可以往12伏转,实现97%以上的效率,这是传统电源做不到的。新一代的产品LTC7821混合转换器把一个用电容做能量传输的电路和标准降压电路整合起来,变成一个混合电路,高到97%的效率。

【图为 LTC7821混合转换器】

3) 智能电网,ADI同样拥有完整的解决方案。ADI有带MPPT的专门器件,可实现在同样光照情况下获得最大太阳能能量。

【ADI有带MPPT的专门器件的LT3652保证获得最大太阳能能量】

作为电子电路的基本构成,电源可以说无处不在,通信、汽车、消费类电子……当今时代,电源广泛应用于各种热门的市场应用之中,并成为其必不可缺的一个重要组成部分。

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