Радио дизайн и технологии. RF Design

Радио дизайн и технологии. РЧ оборудование, его разработка, тестирование. схемотехника. RF Design

РадиоДизайн

now browsing by category

=

 

Основные параметры РЧ компонентов

= Показатели качества РЧ компонентов;
=
Виды тестирования и их сложность;
= Простые виды РЧ параметров;
= Малосигнальные параметры и характеристики РЧ компонентов;
= Частотные характеристики устройства;

Частотные и спектральные характеристики радиооборудования;
= Переходная характеристика. Динамический анализ цепей;
= Тестирование РЧ компонентов с помощью сложных сигналов;
= Нелинейные явления в РЧ устройствах;
=
Точка компрессии (1 dB compression point);
= Блокирование (Blocking);
= Точка пересечения второго порядка (Second-order Intercept Point);
= Интермодуляция;
= Двухтоновое испытание устройств;
= Точки пересечения для двухтонового испытательного сигнала;
= Динамический диапазон (Dynamic Range);
= Использование при тестировании модулированных сигналов;
= Подрост спектра SR;
= Коэффициент мощности в соседнем канале ACPR и ACLR;
= Коэффициент мощности шума NPR;

Архитектура. Управление РЧ мощностью передатчика

Изменение выходной РЧ мощности современных многомодовых передатчиков происходит пошагово под управлением соответствующих базовых станций. . Однако на практике реальный диапазон управления должен превышать требуемый на 10-12 дБ, чтобы компенсировать вариации параметров цепи усиления передатчика при изменении температуры, частоты, режима работы и улучшения точности управления.


Управление выходной РЧ мощностью передатчика


Для установки РЧ мощности на заданном уровне и управления ее величиной с допустимой точностью во всех режимов работы передатчика, используется петля управления мощностью, обобщенная структура которой показана на рисунке. Петля включает в себя детектор мощности (Power Detector), датчик температуры (Temperature Sensor), мультиплексор, АЦП, ЦАП и ЦСП (DSP). На выходе детектора мощности вырабатывается напряжение, которое монотонно связано с величиной передаваемой мощности. Аналоговое напряжение, пройдя через АЦП, который имеет динамический диапазон и разрядность, определяемые диапазоном регулировки мощности и необходимой точностью, преобразуется в цифровой сигнал. В приложениях мобильной связи второго поколения обычно достаточно 8-битного АЦП. Необходимый функциональный диапазон управления мощностью составляет около 25 дБ, точность установки РЧ мощности может быть поддержана в пределах 1,5 дБ. По мере ужесточения системных требований параметры функциональных узлов должны быть улучшены. В процессоре ЦСП ​​реализуется алгоритм управления мощностью, который основан на данных предварительной калибровки реального детектора мощности, полученных при различных температурах, частотах и режимах работы. На выходе ЦСП формируется цифровое значение управляющего напряжения, которое преобразуется в аналоговое напряжение с использованием, например 10 битового ЦАП. Точность управления подобной простой петли обратной связи достаточна, когда выходная мощность сравнительно высокая, однако при малых значениях выходной мощности необходимая точность не всегда может быть достигнута, что опять-таки приводит к необходимости усложнения устройства.

Архитектура. Передатчики с преобразованием сигнала по частоте

Если модуляция сигнала и преобразование его вверх по частоте выполняется в два последовательных этапа, говорят об использовании архитектуры тракта передачи с двойным преобразованием (Dual Conversion) или с двухступенчатом преобразованием (two-step conversion).



Архитектура тракта приема с двойным преобразованием (Dual-Conversion Transmitter)


Для переноса сигнала информационного тракта вверх по частоте возможно использование и более двух шагов. В англоязычной литературе для такой архитектуры тракта передачи используется термин “передатчики с непрямой (косвенной) модуляцией” (Indirect modulation) или “гетеродинная (Heterodyne), супергетеродинная архитектура“.




Архитектура тракта передачи с двойным преобразованием и подавлением зеркального канала (Dual-Conversion Image-Reject Transmitter)

Эта архитектура может использоваться для методов модуляции с постоянной и изменяющейся огибающей. Так как квадратурная модуляция выполняется на частоте ПЧ, составляющей обычно несколько сотен МГц, может быть получена идентичность квадратурных каналов I и Q при невысоком энергопотреблении. В трактах с непрямой модуляцией можно предотвратить явления утечки сигналов гетеродинов и затягивания частоты гетеродина.

Хотя этот метод достаточно популярен, необходимость использования внешнего полосового фильтра для осуществления хорошего подавления побочных составляющих, не позволяет достигать основной цели разработчиков — выполнения РЧ блока в виде полностью интегрированного узла. По сравнению с прямым преобразованием, использование этого подхода создает меньше проблем, но требует добавления фильтров в тракт РЧ и ПЧ.

Структура РЧ блока TDD с общим смесителем

 

Структура РЧ блока TDD с общим смесителем


Примером оригинальной структуры РЧ TDD блока и разработки РЧ блока в целом может служить архитектура с общим смесителем (single-mixer transceiver architecture), показанная на рисунке ниже. РЧ блок содержит совмещенные тракты приема и передачи, в которых используется общий реверсивный (двунаправленный) смеситель и общие фильтры РЧ и ПЧ. Это позволяет уменьшить аппаратурные затраты, улучшить массо-габаритные показатели устройства. Для коммутации этих общих узлов, поочередно применяемых для приема и передачи, используются переключатели прием-передача (T/R). Использование в РЧ блоке общих узлов позволяет резко снизить аппаратные затраты на реализацию РЧ блока, уменьшить его стоимость и массогабаритные показатели.



Структура приемопередатчика с общим смесителем




Функционирование приемопередатчика с общим смесителем

Структура РЧ блока TDD с дуплексированием по времени


Частоты приема и передачи РЧ устройств использующих дуплексирование по времени TDD равны, поэтому структуры трактов приема и передачи могут быть «зеркальными». Каноническая структура РЧ блока, предназначенного для работы в устройствах связи таких систем, приведена на рисунке ниже.

 

 

Каноническая структура РЧ блока TDD

 

В тракте приема очень распространенной структуры РЧ блока, предназначенного для работы в устройствах связи систем с GMSK модуляцией, используется архитектура с одним преобразованием сигнала, в тракте передачи – прямое преобразование частоты.




Обобщенная структура РЧ блока приемопередатчика с использованием прямой модуляции на РЧ и дуплексированием по времени


Для уменьшения в тракте передачи паразитных явлений, присущих архитектуре с прямой модуляцией на РЧ, в частности затягивания (Pulling) и смещения (Pushing) частот гетеродинов, используемый в блоке ГУН работает в такой структуре на частоте вдвое меньшей канальной. При этом после ГУН необходимо использование умножителя частоты на два. Однако, недостатком такой архитектуры является необходимость перестройки ГУН на (fпч Rx)/2 при переходе с приема на передачу. Такая структура широко используется в РЧ блоках стандарта DECT и Bluetooth.

Структура РЧ блоков FDD с использованием прямого преобразования

Структура РЧ блоков FDD с использованием прямого преобразования


На рисунке ниже показана одна из возможных структур РЧ блока, в тракте передачи которого используется значение промежуточной частоты, равное дуплексному сдвигу по частоте FDD. При этом в тракте приема используется архитектура прямого преобразования, а в тракте передачи — петля трансляции.



Использование архитектуры прямого преобразования в тракте приема


Еще один возможный вариант структуры РЧ блока при использовании значения промежуточной частоты в тракте передачи, равной дуплексному сдвигу по частоте FDD приведен на рисунке… При этом в тракте передачи используется архитектура прямого преобразования, а в тракте приема — архитектура с одним преобразованием сигнала.




Использование архитектуры прямого преобразования в тракте передачи


Эти структуры имеют наименьшие аппаратные затраты, но при проектировании необходимо производить проверку частотных планов используемых смесителей на наличие на их выходе комбинационных продуктов низкого порядка с опасными уровнями.


 

Обобщенная структура РЧ блоков систем с частотным дуплексированием FDD

Обобщенная структура РЧ блоков систем с частотным дуплексированием FDD


На рисунке ниже приведена обобщенная (каноническая) структура однодиапазонного РЧ блока приемопередатчика, предназначенного для работы в системе связи, использующей дуплексирование по частоте с разносом f = FDD. Перестройка по частоте трактов приема и передачи производится с помощью одного общего генератора РЧ ГУН.




Структура однодиапазонного РЧ блока с использованием разности промежуточных частот трактов приема и передачи, равной дуплексному сдвигу FDD.


Для получения необходимого дуплексного сдвига могут быть использованы два генератора: ПЧ ГУН Rx и ПЧ ГУН Тх, как это показано на рисунке. Стабилизация частот генераторов производится с помощью двух петель ФАПЧ, которые могут входить в состав специализированных синтезаторов ПЧ.




Тракт синтеза опорных сигналов ПЧ с использованием двух генераторов


Необходимые опорные частоты могут быть получены и от одного общего ПЧ генератора, выходная частота которого определяется соотношением:

f (ПЧ ГУН) = К1 × f(пч Rx) = К2 × f(пч Tx).

При этом необходимые опорные сигналы получают путем деления частоты выходного сигнала общего ПЧ ГУН на коэффициенты К1 и К2.




Схема тракта получения квадратурных опорных сигналов ПЧ с использованием одного ПЧ ГУН


Такой вариант реализации тракта формирования опорных частот проще, надежней, дешевле, чем ранее рассмотренный. Необходимый фазовый сдвиг для получения ортогональных опорных сигналов может быть сформирован с помощью делителей частоты на два,  как это показано на рисунке.

Самотестирование на основе колебаний OBIST

Самотестирование радиооборудования на основе колебаний OBIST

Упоминания заслуживает достаточно простая и оригинальная стратегия самотестирования на основе колебаний OBIST (Oscillation-based BIST), потому что она концептуально проста и не требует для реализации обширных модификаций тестируемого устройства CUT (Circuit Under Test). Эта стратегия, предложенная и развитая в работах [1-4], которая является дефект-ориентированной (defect-oriented technique) техникой, может быть использована и для режима тестирования радиооборудования онлайн (online testing) или в автономном режиме (offline testing).


При OBIST-тестировании комплексная аналоговая схема (тракт обработки сигнала) разбивается на отдельные функциональные блоки (ФБ), такие как, операционные усилители, компараторы, фильтры, ФАП, и так далее, или комбинации этих блоков. Затем каждый функциональный блок превращается в генератор, путем добавления при производстве в схему соответствующих цепей, называемых обычно тестирующими подсхемами, для достижения в режиме тестирования ФБ устойчивых колебаний. При тестировании оборудования происходит оценка параметров генерируемого колебания. Дефектные блоки обнаруживаются по отклонению параметров его колебаний относительно параметров эталонных колебаний при безотказных условиях.

 

 

Литература по OBIST

[1] K. Arabi and B. Kaminska. Oscillation-test strategy for analog and mixed-signal integrated circuits. in Proc. VLSI Test Symp. 1996, pp. 476–482.

[2] K. Arabi and B. Kaminska. Oscillation built-in self test (OBIST) scheme for functional and structural testing of analog and mixed-signal integrated circuits. in Proc. Int. Test Conf. 1997, pp. 786–795.

[3] K. Arabi and B. Kaminska. Oscillation-test methodology for low-cost testing of active analog filters. IEEE Trans. Instrum.Meas. vol. 48, no. 4, pp. 798–806, Aug. 1999.

[4] K. Arabi. Mixed-signal BIST: Fact or fiction. in Proc. Int. Test Conf. 2002, p. 1200.

[5] Angela Marie Hodge. ANALOG SYSTEM-ON-A-CHIP WITH APPLICATION TO BIOSENSORS. Dissertation submitted to the Faculty of the Graduate School of the University of Maryland, College Park, in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy. 2005.

[6] M. Soma and V. Kolarik. A design-for-test technique for switchedcapacitor filters. in Proc. VLSI Test Symp. 1994, pp. 42–47.

[7] D. Vazquez, A. Rueda, and J. L. Huertas. A new strategy for testing analog filters. in Proc. VLSI Test Symp. 1994, pp. 36–41.

[8] K. D. Wagner and T. W. Williams. Design for testability of mixed signal integrated circuits. in Proc. Int. Test Conf. 1988, pp. 823–828.

[9] C.-P. Wang and C.-L. Wey. Test generation of analog switched-current circuit. in Proc. Asian Test Symp. 1996, pp. 376–381.

[10] P. M. Dias, J. E. Franca, and N. Paulino. Oscillation test methodology for a digitally-programmable switched-current biquad. in Proc. Int. Mixed Signal Test. Workshop, 1996, pp. 221–226.

[11] B. Kaminska, K. Arabi, I. Bell, P. Goteti, J. L. Huertas, B. Kim, A. Rueda, M. Soma. Analog and mixed-signal benchmark circuits — First release. in Proc. Int. Test Conf. 1997, pp. 183–190.

[13] A. Chatterjee and N. Nagi. Design for testability and built-in self-test of mixed-signal circuits: A tutorial. in Proc. Int. Conf. VLSI Des. 1997, pp. 388–392.

[14] L. S. Milor. A tutorial introduction to research on analog and mixedsignal circuit testing. IEEE Trans. Circuits Syst. II, vol. 45, no. 10, pp. 1389–1407, Oct. 1998.

[15] J. Velasco-Medina and M. Nicolaidis. Current-based testing for analog and mixed-signal circuits. in Proc. Int. Conf. Comput. Des. 1998, pp. 576–581.

[16] U. Cam and H. Kuntman. A new CCII-based sinusoidal oscillator providing fully independent control of oscillation condition and frequency. Microelectron. J. vol. 29, no. 11, pp. 913–919, Nov. 1998.

[17] S. R. Das. Self-testing of embedded cores-based systems with built-in hardware. Proc. Inst. Electr. Eng.-Cir. Dev. Syst. vol. 152, no. 5, pp. 539–546, Oct. 2005.

[18] G. Huertas, D. Vazquez, A. Rueda, and J. L. Huertas. Effective oscillation-based test for application to a DTMF filter bank. in Proc. Int. Test Conf. 1999, pp. 549–555.

[19] M. W.-T. Wong. On the issues of oscillation test methodology. IEEE Trans. Instrum. Meas. vol. 49, no. 2, pp. 240–245, Apr. 2000.

[20] J. Roh and J. A. Abraham. A comprehensive TDM comparator scheme for effective analysis of oscillation-based test. in Proc. VLSI Test Symp. 2000, pp. 143–148.

[21] M. S. Zarnik, F. Novak, and S. Macek. Design of oscillation-based test structures for active RC filters. Proc. Inst. Electr. Eng.—Cir. Dev. Syst. vol. 147, no. 5, pp. 297–302, Oct. 2000.

[22] A. M. Brosa and J. Figueras. Digital signature proposal for mixed-signal circuits. in Proc. Int. Test Conf. 2000, pp. 1041–1050.

[23] J. Font, J. Ginard, E. Isern, M. Roca, J. Segura, and E. Garcia. Oscillation-test technique for CMOS operational amplifiers by monitoring supply current. Analog Integr. Circuits Signal Process. vol. 33, no. 2, pp. 213–224, Nov. 2002.

[24] G. Huertas, D. Vazquez, E. J. Peralias, A. Rueda, and J. L. Huertas. Testing mixed-signal cores: A practical oscillation-based test in an analog macrocell. IEEE Des. Test Comput. vol. 19, no. 6, pp. 73–82, Nov./Dec. 2002.

[25] S. R. Das. Getting errors to catch themselves—Self-testing of VLSI circuits with built-in hardware. IEEE Trans. Instrum. Meas. vol. 54, no. 3, pp. 941–955, Jun. 2005.

[26] J. Roh and J. A. Abraham. A comprehensive signature analysis scheme for oscillation-test. IEEE Trans. Comput.-Aided Design, vol. 22, no. 10, pp. 1409–1423, Oct. 2003.

[27] E. B. Eichelberger and T. W. Williams. A logic design structure for LSI testing. in Proc. Des. Autom. Conf. 1977, pp. 462–468.

[28] B. Konemann, J. Mucha, and G. Zwiehoff. Built-in logic block observation techniques. in Proc. Int. Test Conf. 1979, pp. 37–41.

[29] T. W. Williams and K. P. Parker. Testing logic networks and design for testability. Computer, vol. 21, no. 10, pp. 9–21, Oct. 1979.

[30] E. J. McCluskey. Built-in self-test techniques. IEEE Des. Test Comput. vol. 2, no. 2, pp. 21–28, Apr. 1985.

[31] S. Mourad and Y. Zorian, Principles of Testing Electronic Systems. New York: Wiley, 2000.

[32] S. R. Das, C. V. Ramamoorthy, M. H. Assaf, E. M. Petriu, andW.-B. Jone. Fault tolerance in systems design in VLSI using data compression under constraints of failure probabilities. IEEE Trans. Instrum. Meas. vol. 50, no. 6, pp. 1725–1747, Dec. 2001.

 

Резисторы. Калькуляторы для цветовой маркировки


Радиодизайн. Определение


Не претендуя на всеобьемлемость и академичность определения, предлагаю следующее определение термина «Радиодизайн»:

Радиодизайн или РЧ дизайн (RF design)


Радиодизайн или РЧ дизайн (RF design) – это творческий метод, процесс и результат технического проектирования радиооборудования, его комплексов и систем, ориентированных на достижение наиболее полного соответствия создаваемых объектов потребностям и возможностям пользователя, как утилитарным, так и эстетическим.


Проектирование (разработка) радиооборудования (тракты приема, передачи, синтеза) для систем связи – это сложный процесс, требующий от специалиста знаний во многих смежных разделах областях:


РЧ стандарты;
Теория связи;
Теория модуляции;
Архитектура РЧ;
РЧ схемотехника;
РЧ/цифровые ИС (схемотехника, номенклатура);
РЧ дискретные элементы;
Потребности рынка