如何应对航空航天多功能集成的设计挑战？

 

虽然在实际应用中，上述架构可能需要额外的滤波和增益级来实现具体规格要求，但底层器件的灵活性支持实现带宽非常宽的监控系统架构。 此外，可配置的数字信号处理功能支持信号链在需要时执行更多窄带功能。 更妙的是，系统还能动态实时地变更工作模式，从而有望与下游的其他数字信号处理电路一起支持更多认知功能。

图中所示信号链的前两级——低噪声放大器(LNA)和混频器系采用GaAS技术实现。 虽然宽带SiGe混频器已取得进步，但前端器件最好还是使用GaAs和GaN器件。 两种情况下，HMC1049和HMC1048都能提供非常宽范围的性能和出色的IP3，支持窄带和宽带操作。 这些器件说明，工艺进步使得单个器件就能满足多种规格要求，而无需附加数字功能。 数字功能嵌入射频器件的好处可以在信号链的其他元件中看到。

新型PLL ADF5355集成VCO，支持54 MHz至13.6 GHz的射频输出，并提供宽范围的合成器频率以供使用。 该器件基于SiGe工艺，采用四个独立集成的VCO内核，能够支持丰富多样的操作。 每个内核使用256个交叠频段，使得器件能够覆盖很宽的频率范围而无需很高的VCO灵敏度，相位噪声和杂散性能亦不受影响。

器件内部集成的数字校准逻辑自动选择正确的VCO和频段。 该器件使得信号链既能支持54 MHz至13.6 GHz的射频扫描，也能视需要支持固定频率。 同时，信号链还能维持更多窄带系统操作所需的高性能水平，1 MHz偏移时的典型相位噪声为–138 dBc/Hz。  
ADA4961 ADC驱动器提供宽带性能和出色的线性度。 利用SPI和嵌入式数字控制，它在500 MHz时实现了90 dBc的IMD3性能，1.5 GHz时为–87 dBc。 器件集成数字控制，支持增益控制和快速启动选项，使得器件可以根据需要进行配置，最佳地发挥系统性能。 快速启动还能提高系统的灵活性，因为当FA引脚被驱动时（通常由ADC的超范围检测输出驱动），它能迅速降低增益，使得ADC不会进入饱和状态。  
信号链中的最后一个器件是AD9680，它是最新高速转换器之一。该器件基于65 nm CMOS工艺，在14位分辨率时支持高达1 GSPS的采样速率。 使用更高采样速率和GSPS转换器的带宽时，AD9680有能力以超过1 GHz的频率对中频信号进行欠采样。 这与将系统数字转换点移近天线并提高系统灵活性的持续趋势是一致的。 该器件不仅提供业界领先的SFDR和SNR性能，而且集成了数字下变频(DDC)信号处理，输出带宽可定制。  
AD9680 ADC具有数字信号处理配置能力，既支持宽带监控，又支持窄带功能。当禁用并旁路集成的DDC时，它能支持500 MHz以上的瞬时监控带宽。使用DDC时，数字数控振荡器(NCO)可设置为将窄带中频信号数字混频至基带，然后由可配置的抽取滤波器降低数据速率；当器 件以最大ADC采样速率工作时，输出数据带宽可降低至60 MHz。数字信号处理不仅可改善较低带宽下的系统SNR，还能提供可配置宽带和窄带信号链所需的灵活性。  
虽然本例关注的是接收机路径，但类似的器件和集成度也适用于发射机。新型DAC集成高度可配置的插值滤波器和数字上变频功能，可与类似以上所述的宽带射频和微波器件一起使用。  
上例说明了新一代宽带器件如何集成越来越多的数字信号处理和功能，以及这如何使未来系统具有动态配置能力，从而以前所未有的性能水平支持多模式工作。这与 窄带和宽带操作无法共存的观点相矛盾。应当注意，以上简单的分析并未涉及某些滤波难题或功耗分析。这些因素可能会严重影响实际的设计选择和信号链架构。然 而，随着更高性能宽带器件的增多，以及信号处理能力的增强，未来高度可配置、具认知能力且由软件定义的系统看起来前景广阔。  
最后再举一例以便更好地阐明观点，AD9361等集成射频IC器件实现的集成度几乎达到极致，进一步证明数字和模拟功能之间的界限越来越模糊。 AD9361采用直接变频架构，集成了数字滤波和校准功能，高度灵活，支持70 MHz至6 GHz的射频输入频率和高达56 MHz的带宽。  
AD9361的配置能力支持广泛的应用，包括雷达、通信、数据链路、电子监控和电子战。 利用数字校准和处理，该器件能够克服直接变频系统的许多典型问题，并提供前所未有的集成度和配置能力，从而进一步支持认知和多功能系统。  
以前，如此高的集成度和性能是不可想象的。 此外，由于无法克服随频率和温度的镜像抑制等限制因素，许多系统设计师不得不避开直接变频架构。 数字和模拟功能的更高耦合度，以及现在的器件中集成的高级校准和处理功能，提供了解决之道，在提高灵活性的同时而不会显著影响性能和功耗。 虽然使用由分立器件构成的窄带专用信号链仍能获得更好的性能，但差距已然在缩小。  
软件定义系统的终极目标是一个射频和微波信号链适合所有应用，理想情况是收发器等单个器件可支持多功能和认知应用。 实际上，所有系统离这个目标可能都有一段距离，但最新的发展和进步使得各种新半导体器件集成的功能越来越多，我们离目标已越来越接近。 除了改善传统的射频性能以外，数字信号处理还能缓解和克服某些多模式挑战。 可能要不了多长时间，采用单个器件或级联宽带器件的单一解决方案就能满足所有应用需求，软件定义系统最终梦想成真。