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Analog Devices

Neues Entwicklungskonzept mit auf SDR-Anforderungen zugeschnittenem IC

Ein IC ermöglicht ein neues Entwicklungskonzept: Der RF Agile Transceiver AD9361 von Analog Devices ist speziell auf SDR-Anwendungen zugeschnitten. John Orlando, Epiqs CEO und System Architect sagt: „Der AD9361 bietet genau die HF-Flexibilität und Integration, die zur Realisierung unserer SDR-Plattform der nächsten Generation erforderlich sind.“

Der 10 mm × 10 mm große Chip-Scale-Baustein mit zwei unabhängigen Kanälen (Bild 1) bietet eine vom Anwender einstellbare Bandbreite von 200 kHz bis 56 MHz, 12 Bit A/D- und D/A-Wandler, die mit bis zu 61,44 MSample/s arbeiten sowie weitere Funktionen, die bei der Entwicklung von Signalketten für 70 MHz bis 6 GHz benötigt werden.

Entscheidende Betriebsparameter lassen sich vom Anwender direkt einstellen. Dies sorgt für eine optimale Anpassung an die Anforderungen der Anwendung. Durch den Einsatz dieser Komponente wurde die Grundfläche der analogen Eingangsstufe (AFE) reduziert. Zugleich konnte die Leistungsaufnahme für diesen Bereich der Schaltung im Bereich von 1 W gehalten werden. Dies war wichtig, um die Vorgaben für den Energieverbrauch zu erfüllen.

Die gesamte Einheit (Bild 2) unterstützt 2×2 MIMO- oder vierkanalige Empfängerkonfigurationen über zwei AD9361 mit einem HF-Abstimmbereich von 100 MHz bis 6 GHz (1-kHz-Stufen) und 2 ms Abstimmzeit. In der Einheit enthalten sind ein integrierter GPS-Empfänger mit Leistungsfähigkeit 1 pps und eine Festplatte bis zu 1 TByte. Dies ermöglicht das Aufzeichnen von Daten mit 100+ MBit/s (Dauerleistung) und Gigabit Ethernet zur Anbindung an externe Systeme.

Basis der Verarbeitungsfunktion sind eine Dual-Core Intel x86 CPU mit dem Betriebssystem Linux, ein FPGA für Signalverarbeitungsaufgaben und Laufzeit-ladbare/ausführbare Software-Applikationen. Dies wird von einem Software-Development Kit (SDK) für Kundenapplikationen unterstützt. Die gesamte Einheit ist 230 mm × 167 mm × 43 mm groß, wiegt 0,9 kg und nimmt je nach FPGA und I/O-Beanspruchung eine Leistung von 15 W auf.

Selbstverständlich ist die Verarbeitungsleistung ohne entsprechende HF-Leistungsfähigkeit unzureichend. Der Empfänger hat eine typische Rauschzahl unter 8 dB und einen typischen IIP3 von –10 dBm. Übertragungsseitige Leistungsparameter wie Bandbreite, Abstimmung und Geschwindigkeit komplementieren die Werte für die Empfangsseite. Die Ausgangsleistung beträgt +5 dBm.

Weitere Optimierungen

Obwohl der AD9361 eine wichtige Grundlage für diese Schaltung war, sind weitere Optimierungen stets in Sichtweite. Bei bestimmten Applikationen ist es erforderlich, die HF-Leistungsfähigkeit bis hinunter auf den 20-MHz-Bereich und niedriger auszudehnen. Dies liegt außerhalb der Fähigkeiten des AD9361.

Ferner kann die Auswahl von HF-Bauteilen wie LNAs (rauscharme Verstärker), die bis hinunter auf 20 MHz arbeiten können, ebenfalls eine Herausforderung darstellen. Speziell bei Schaltungen, die nur wenig Platz beanspruchen und nur wenig Leistung aufnehmen dürfen.

Es ist zu einfach, zu denken, dass Fortschritte bei der Verarbeitung mit geringer Leistungsaufnahme in Verbindung mit der Verfügbarkeit großer Speicherbereiche plus schnellen digitalen I/Os und entsprechender Verbindungen für die Entwicklung eines kleinen und leistungsstarken SDRs ausreichend sind.

Realität ist, dass der Front-End-Kanal für die Empfangs- und Übertragungspfade ebenso wichtig ist und Entwicklungen bei HF-ICs, die analoge Verarbeitungsfunktionen, Filter und Wandlerfunktionen beinhalten, nicht nur Algorithmen vereinfachen, sondern einen Großteil der tatsächlichen SDR-Leistungsfähigkeit ermöglichen.

* Andrew Erskine arbeitet als Senior Field Applications Engineer bei Analog Devices in München.

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