嵌入式系統中集成微波和射頻技術(shù)，機會(huì )夠成熟嗎？

　　縱觀(guān)嵌入式系統悠久的歷史，到現在為止幾乎完全數字化了，但還有射頻和微波技術(shù)卻是兩個(gè)獨立的子系統并且相互之間也沒(méi)有有效的接口。由于各種原因，這個(gè)“射頻和數字間的鴻溝”也終將會(huì )連接起來(lái)。

　　去年10月，開(kāi)發(fā)嵌入式系統(即板級數字和射頻子系統)的Mercury Systems公司(后統稱(chēng)Mercury)發(fā)起了嵌入式和微波組件的制造商自發(fā)參與一個(gè)被叫OpenRFM的行動(dòng)。該公司的目標是讓我們可以將射頻和微波技術(shù)首次集成到當前“純數字”嵌入式器件中。如果你不是在嵌入式系統行業(yè)，你可能想知道“為什么到現在才出現呢?”如果你在射頻和微波子系統設計行業(yè)，你可能會(huì )問(wèn)“為什么要這么麻煩?”

　　第一個(gè)問(wèn)題的答案是，數字和微波設計師一直以來(lái)處于不同的領(lǐng)域并且都無(wú)視對方的存在。第二個(gè)答案是集成這兩種不相關(guān)的技術(shù)的理由非常簡(jiǎn)單，不管你屬于什么“陣營(yíng)”，都有以下幾個(gè)原因：

　　●它將允許這兩種技術(shù)(數字和微波)集成在緊隨嵌入式系統行業(yè)之后的一種標準形式。

　　●它將在實(shí)現美國國防部的兩個(gè)主要目標的道路上又往前邁了重大一步：將大大增加功能集成，并允許雷達、電子戰、和其他系統被用于多平臺而不需要進(jìn)行太大的改變或者重新設計。

　　●所有嵌入式系統制造商和承包商都遵循一個(gè)設計路線(xiàn)圖，同時(shí)保留相應的靈活性來(lái)區分他們的產(chǎn)品和別人使用他們自己的兼容OpenRFM產(chǎn)品。

　　●構建系統可以更小、更輕，耗能更少，更便宜，以及為嵌入式系統和終端產(chǎn)品能盡快面市。

　　雖然Mercury的目標是國防工業(yè)部門(mén)能夠參與OpenRFM，但是沒(méi)有理由不被其他嵌入式市場(chǎng)比如重工業(yè)、科學(xué)、醫療系統采納，例如，如果其中的一應用以某種形式利用無(wú)線(xiàn)通信，則OpenRFM對包含其內的商業(yè)系統制造商變成非常有價(jià)值。

　　為了擴大這種集成趨勢，Mercury需要將其標準加到當前家庭安防標準的嵌入式系統——OpenVPX中，其中首當其中的就是VITA(其前身是VMEbus國際貿易協(xié)會(huì ))。它的產(chǎn)生，至少是一個(gè)相當好的機遇，因為它相當符合該協(xié)會(huì )的路線(xiàn)規劃，它已擴展到包括軟件定義無(wú)線(xiàn)電和空間領(lǐng)域。

　　OpenRFM是基于OpenVPX板的一個(gè)模塊化、開(kāi)放式體系結構，結合了硬件、固件和軟件，并允許高通道密度、先進(jìn)互連技術(shù)，采用的是“積木式”的方法。該公司已經(jīng)生產(chǎn)3u和6u的兩種OpenVPX波形系數的OpenRFM產(chǎn)品，如圖1和圖2所示。適用于OpenRFM在OpenVPX環(huán)境下，足以適應大范圍的集成微波子系統(現在被稱(chēng)為集成微波組件或IMA)。

　　圖1：這是一個(gè)OpenRFM模塊，集成在一個(gè)OpenVPX板上。傳統來(lái)說(shuō)，在OpenRFM模塊中執行的功能將占用一塊更大的獨立空間。

　　圖2：6u的底部VME載體和三個(gè)OpenRFM模塊：一個(gè)四分之一變頻器(左)，寬帶調諧器(中)和直接數字合成器(右)。

　　最常見(jiàn)的是下變頻器，由它獲得每個(gè)系統的前端信號，在該系統中，信號必須通過(guò)空中捕獲和下變頻，其中下變頻可以由一個(gè)模數轉換器來(lái)完成。下變頻器的反面是上變頻器，這是相反的：一個(gè)低頻信號被增加到所要求的頻率通過(guò)一個(gè)特定的應用程序。這兩種IMA需要各種類(lèi)型的軍用和商用系統器件，從衛星通信終端，到微波點(diǎn)對點(diǎn)連接幾乎都涉及各類(lèi)通信系統。

　　這些都是復雜的產(chǎn)品包括主動(dòng)和被動(dòng)微波組件，范圍從相對較小到非常龐大。這些子系統通常不以板級的產(chǎn)品出現而是以一個(gè)單獨的功能塊形式出現，OpenRFM有可能使整個(gè)系統更小。其他典型的IMA包括完整的數字接收器同時(shí)結合傳統信號處理、通用處理、信號分配以及其他功能塊形成更大子系統。

　　為什么現在才出現?

　　正如我們都痛苦地意識到，國防工業(yè)已經(jīng)主要由技術(shù)驅動(dòng)而不是成本驅動(dòng)。這是因為新的雷達、電子戰、和其他美國國防部(DoD)所需的系統是極其復雜的和對完成性能極具挑戰。也是因為五角大樓應對當前和下一代對手的能力，因為這些系統在這一領(lǐng)域保持了幾十年并且每隔幾年升級一次，另外這兩個(gè)需求并不便宜。

　　然而，抱著(zhù)“盡管去做”心態(tài)的時(shí)代正在迅速接近尾聲，隨著(zhù)國防部年度預算縮減，當然五角大樓的開(kāi)支不是第一次放在顯微鏡下，但它可能是第一次。從技術(shù)上講數字和微波技術(shù)的各路承包商正在大范圍的讓預算變得緊張。所以OpenRFM非常適合成為其中一個(gè)推動(dòng)者。

　　通過(guò)標準化機電、軟件，遙控飛機，和熱插拔接口這些使用于集成的微波組件(工業(yè)用語(yǔ)叫做IMA)，OpenRFM幾乎可以完全改變國防系統構建的方式，提供一個(gè)基于標準的路線(xiàn)圖，允許系統在多個(gè)平臺上使用，這就是為什么他們今天才被設計和建造的反面證據。盡管一個(gè)雷達被“制造商A”為一架飛機而制造，跟“制造商B”為另一個(gè)飛機制造的雷達的功能是一樣的，但他們的設計幾乎完全不同，合并專(zhuān)利設計，并不能很容易地從一個(gè)平臺“移植”到另一個(gè)平臺。

　　這里有幾個(gè)先例…

　　在市場(chǎng)領(lǐng)域，數字和微波技術(shù)以一套準標準形式和諧共存，智能手機和其他無(wú)線(xiàn)設備就是一個(gè)典型的例子。在所有這些情況下，集成由需求所驅動(dòng)——因為在這些電池供電設備中，沒(méi)有空間留給不同標準的技術(shù)。

　　藍牙產(chǎn)品和無(wú)線(xiàn)個(gè)域網(wǎng)(Zigbee)歸屬于無(wú)線(xiàn)通信，和無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)一樣，一些醫療設備，和其他產(chǎn)品，其尺寸或其他限制因素決定了數字和微波技術(shù)集成是非常重要的。他們體積小和獨特的數字和微波要求這種集成達到使用片上系統(SoC)方法的水平，因為這種方法可以真正地將數量驚人的功能集成在一個(gè)單一的芯片。一個(gè)很好的例子就是芯科實(shí)驗室的Si468x數字接收IC，其本質(zhì)上是低功耗多波段數字廣播接收器，其支持調幅，長(cháng)波、短波、調頻、調幅和調頻高清廣播、數字音頻廣播、數字多媒體廣播。

　　除此之外，它們包括一個(gè)OFDM信道解調器，音頻DSP處理，片上源解碼，I2S數字音頻輸出，一個(gè)立體聲音頻DAC、VCO、鎖相環(huán)(PLL)、頻率合成器、AGC SPI，I2C控制接口。典型應用包括多媒體手機、多媒體播放器、GPS設備和平板電腦，所有類(lèi)型的固定和便攜式收音機、音箱、娛樂(lè )系統。

　　圖3：硅實(shí)驗室Si468x數字廣播接收器是一個(gè)一體化的解決方案。