如何应对航空航天多功能集成的设计挑战？

下一代航空航天与防务系统设计工程师正被推进到开发技术先进、高度可配置系统的阶段，需要整合各种不同的功能和需求，集成以前通过独立系统实现的功能。显 然，这样做的好处是可以减少任务平台需要支持的子系统数量，降低整体尺寸、重量和功耗(SWaP)，但由于还需要进一步支持认知和实时配置，其挑战可谓令 人怯步。然而，新一代高性能、宽带器件为该挑战提供了潜在解决方案，不仅支持各系统要求的高性能水平，而且工作范围又非常宽，足以应对多功能挑战。

许多此类未来系统的终极目标是实现完全由软件确定的架构，以便能够动态改变、在现场更新或在工厂配置实施方案和工作模式，无需或只需非常少的硬件更改。挑战在于支持系统可能需要实现的工作模式的超集，这要求底层单一硬件能够满足所有可能需要的工作模式的技术规格。

在寻求合并功能的防务领域，此类系统的一个例子是雷达和通信平台。许多情况下，这些系统需要支持多种传统工作模式，但也在开始整合电子战功能。雷达系统除多模式雷达外，还希望支持电子支援措施(ESM)；通信系统除多波形通信外，还希望实现信号情报(SIGINT)功能。

在这两个例子中，系统均希望整合宽带和窄带功能，而这些功能在线性度、动态范围和其他要求方面通常大相径庭。 如果技术规格没有商量的余地，为了达成首要目标，设计人员可能不得不在功耗或尺寸上作出让步。 例如，考虑一个X波段雷达系统和一个电子情报系统(ELINT)。 雷达系统的工作频率范围通常相对较窄，典型值是8 GHz到12 GHz频段内的数百MHz。相比之下，ELINT系统的工作频率范围通常是2 GHz到18 GHz，涵盖所有S、C和X波段。如果假设这两个实现方案的尺寸必须相同，那么可能需要在性能上作出让步以支持ELINT系统更宽的频率范围和覆盖。对于 本例，通常可以用信号链的线性度或功耗来换取带宽。

若将相同的理念运用于器件层面，则会观察到同样的问题。对于宽带系统，器件至少有一个方面的性能会受到影响，例如线性度、噪声性能或功耗等。下面的表1显 示了集成压控振荡器(VCO)的宽带和窄带锁相环(PLL)的典型性能折中。 可以看到，窄带器件具有更好的典型相位噪声、品质因数和功耗性能，但显然这是以牺牲灵活性为代价来获得的。
 

虽然在单个系统中实现多种系统规格时，总会有一些折中和让步，但下一代射频和微波器件以及高速ADC将会缓解未来系统设计师的部分压力。CMOS和硅锗 (SiGe)工艺以及其他方面的进步，使得越来越多的数字功能可以被集成到新一代器件中。 除了灵活多变以外，先进的信号处理能力还能提供校准或数字补偿功能，使得系统整体的性能水平更接近于对应的窄带系统，同时还能重新配置并利用更宽的带宽来 支持所需的工作模式。

图1所示为一个基于多种最新射频和微波器件的通用宽带接收机架构图。