嵌入式系统中集成微波和射频技术，机会够成熟吗？

纵观嵌入式系统悠久的历史，到现在为止几乎完全数字化了，但还有射频和微波技术却是两个独立的子系统并且相互之间也没有有效的接口。由于各种原因，这个"射频和数字间的鸿沟"也终将会连接起来。

去年10月，开发嵌入式系统（即板级数字和射频子系统）的Mercury Systems公司（后统称Mercury）发起了嵌入式和微波组件的制造商自发参与一个被叫OpenRFM的行动。该公司的目标是让我们可以将射频和微波技术首次集成到当前"纯数字"嵌入式器件中。如果你不是在嵌入式系统行业，你可能想知道"为什么到现在才出现呢？"如果你在射频和微波子系统设计行业，你可能会问"为什么要这么麻烦？"

第一个问题的答案是，数字和微波设计师一直以来处于不同的领域并且都无视对方的存在。第二个答案是集成这两种不相关的技术的理由非常简单，不管你属于什么"阵营"，都有以下几个原因：

●它将允许这两种技术（数字和微波）集成在紧随嵌入式系统行业之后的一种标准形式。

●它将在实现美国国防部的两个主要目标的道路上又往前迈了重大一步：将大大增加功能集成，并允许雷达、电子战、和其他系统被用于多平台而不需要进行太大的改变或者重新设计。

●所有嵌入式系统制造商和承包商都遵循一个设计路线图，同时保留相应的灵活性来区分他们的产品和别人使用他们自己的兼容OpenRFM产品。

●构建系统可以更小、更轻，耗能更少，更便宜，以及为嵌入式系统和终端产品能尽快面市。

虽然Mercury的目标是国防工业部门能够参与OpenRFM，但是没有理由不被其他嵌入式市场比如重工业、科学、医疗系统采纳，例如，如果其中的一应用以某种形式利用无线通信，则OpenRFM对包含其内的商业系统制造商变成非常有价值。

为了扩大这种集成趋势，Mercury需要将其标准加到当前家庭安防标准的嵌入式系统——OpenVPX中，其中首当其中的就是VITA（其前身是VMEbus国际贸易协会）。它的产生，至少是一个相当好的机遇，因为它相当符合该协会的路线规划，它已扩展到包括软件定义无线电和空间领域。

OpenRFM是基于OpenVPX板的一个模块化、开放式体系结构，结合了硬件、固件和软件，并允许高通道密度、先进互连技术，采用的是"积木式"的方法。该公司已经生产3u和6u的两种OpenVPX波形系数的OpenRFM产品，如图1和图2所示。适用于OpenRFM在OpenVPX环境下，足以适应大范围的集成微波子系统（现在被称为集成微波组件或IMA）。

图1：这是一个OpenRFM模块，集成在一个OpenVPX板上。传统来说，在OpenRFM模块中执行的功能将占用一块更大的独立空间。

图2：6u的底部VME载体和三个OpenRFM模块：一个四分之一变频器（左），宽带调谐器（中）和直接数字合成器（右）。

最常见的是下变频器，由它获得每个系统的前端信号，在该系统中，信号必须通过空中捕获和下变频，其中下变频可以由一个模数转换器来完成。下变频器的反面是上变频器，这是相反的：一个低频信号被增加到所要求的频率通过一个特定的应用程序。这两种IMA需要各种类型的军用和商用系统器件，从卫星通信终端，到微波点对点连接几乎都涉及各类通信系统。

这些都是复杂的产品包括主动和被动微波组件，范围从相对较小到非常庞大。这些子系统通常不以板级的产品出现而是以一个单独的功能块形式出现，OpenRFM有可能使整个系统更小。其他典型的IMA包括完整的数字接收器同时结合传统信号处理、通用处理、信号分配以及其他功能块形成更大子系统。

为什么现在才出现？
正如我们都痛苦地意识到，国防工业已经主要由技术驱动而不是成本驱动。这是因为新的雷达、电子战、和其他美国国防部（DoD）所需的系统是极其复杂的和对完成性能极具挑战。也是因为五角大楼应对当前和下一代对手的能力，因为这些系统在这一领域保持了几十年并且每隔几年升级一次，另外这两个需求并不便宜。

然而，抱着"尽管去做"心态的时代正在迅速接近尾声，随着国防部年度预算缩减，当然五角大楼的开支不是第一次放在显微镜下，但它可能是第一次。从技术上讲数字和微波技术的各路承包商正在大范围的让预算变得紧张。所以OpenRFM非常适合成为其中一个推动者。

通过标准化机电、软件，遥控飞机，和热插拔接口这些使用于集成的微波组件（工业用语叫做IMA），OpenRFM几乎可以完全改变国防系统构建的方式，提供一个基于标准的路线图，允许系统在多个平台上使用，这就是为什么他们今天才被设计和建造的反面证据。尽管一个雷达被"制造商A"为一架飞机而制造，跟"制造商B"为另一个飞机制造的雷达的功能是一样的，但他们的设计几乎完全不同，合并专利设计，并不能很容易地从一个平台"移植"到另一个平台。

这里有几个先例…

在市场领域，数字和微波技术以一套准标准形式和谐共存，智能手机和其他无线设备就是一个典型的例子。在所有这些情况下，集成由需求所驱动——因为在这些电池供电设备中，没有空间留给不同标准的技术。

蓝牙产品和无线个域网（Zigbee）归属于无线通信，和无线接入点一样，一些医疗设备，和其他产品，其尺寸或其他限制因素决定了数字和微波技术集成是非常重要的。他们体积小和独特的数字和微波要求这种集成达到使用片上系统（SoC）方法的水平，因为这种方法可以真正地将数量惊人的功能集成在一个单一的芯片。一个很好的例子就是芯科实验室的Si468x数字接收IC，其本质上是低功耗多波段数字广播接收器，其支持调幅，长波、短波、调频、调幅和调频高清广播、数字音频广播、数字多媒体广播。

除此之外，它们包括一个OFDM信道解调器，音频DSP处理，片上源解码，I2S数字音频输出，一个立体声音频DAC、VCO、锁相环（PLL）、频率合成器、AGC SPI，I2C控制接口。典型应用包括多媒体手机、多媒体播放器、GPS设备和平板电脑，所有类型的固定和便携式收音机、音箱、娱乐系统。

图3：硅实验室Si468x数字广播接收器是一个一体化的解决方案。