嵌入式系統(tǒng)中集成微波和射頻技術，機會夠成熟嗎？

　　縱觀嵌入式系統(tǒng)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卻是兩個獨立的子系統(tǒng)并且相互之間也沒有有效的接口。由于各種原因，這個“射頻和數字間的鴻溝”也終將會連接起來。

　　去年10月，開發(fā)嵌入式系統(tǒng)(即板級數字和射頻子系統(tǒng))的Mercury Systems公司(后統(tǒng)稱Mercury)發(fā)起了嵌入式和微波組件的制造商自發(fā)參與一個被叫OpenRFM的行動。該公司的目標是讓我們可以將射頻和微波技術首次集成到當前“純數字”嵌入式器件中。如果你不是在嵌入式系統(tǒng)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(tǒng)設計行業(yè)，你可能會問“為什么要這么麻煩?”

　　第一個問題的答案是，數字和微波設計師一直以來處于不同的領域并且都無視對方的存在。第二個答案是集成這兩種不相關的技術的理由非常簡單，不管你屬于什么“陣營”，都有以下幾個原因：

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

　　●它將在實現美國國防部的兩個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(zhàn)、和其他系統(tǒng)被用于多平臺而不需要進行太大的改變或者重新設計。

　　●所有嵌入式系統(tǒng)制造商和承包商都遵循一個設計路線圖，同時保留相應的靈活性來區(qū)分他們的產品和別人使用他們自己的兼容OpenRFM產品。

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

　　雖然Mercury的目標是國防工業(yè)部門能夠參與OpenRFM，但是沒有理由不被其他嵌入式市場比如重工業(yè)、科學、醫(yī)療系統(tǒng)采納，例如，如果其中的一應用以某種形式利用無線通信，則OpenRFM對包含其內的商業(yè)系統(tǒng)制造商變成非常有價值。

　　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(tǒng)——OpenVPX中，其中首當其中的就是VITA(其前身是VMEbus國際貿易協(xié)會)。它的產生，至少是一個相當好的機遇，因為它相當符合該協(xié)會的路線規(guī)劃，它已擴展到包括軟件定義無線電和空間領域。

　　OpenRFM是基于OpenVPX板的一個模塊化、開放式體系結構，結合了硬件、固件和軟件，并允許高通道密度、先進互連技術，采用的是“積木式”的方法。該公司已經生產3u和6u的兩種OpenVPX波形系數的OpenRFM產品，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(tǒng)(現在被稱為集成微波組件或IMA)。

　　圖1：這是一個OpenRFM模塊，集成在一個OpenVPX板上。傳統(tǒng)來說，在OpenRFM模塊中執(zhí)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OpenRFM模塊：一個四分之一變頻器(左)，寬帶調諧器(中)和直接數字合成器(右)。

　　最常見的是下變頻器，由它獲得每個系統(tǒng)的前端信號，在該系統(tǒng)中，信號必須通過空中捕獲和下變頻，其中下變頻可以由一個模數轉換器來完成。下變頻器的反面是上變頻器，這是相反的：一個低頻信號被增加到所要求的頻率通過一個特定的應用程序。這兩種IMA需要各種類型的軍用和商用系統(tǒng)器件，從衛(wèi)星通信終端，到微波點對點連接幾乎都涉及各類通信系統(tǒng)。

　　這些都是復雜的產品包括主動和被動微波組件，范圍從相對較小到非常龐大。這些子系統(tǒng)通常不以板級的產品出現而是以一個單獨的功能塊形式出現，OpenRFM有可能使整個系統(tǒng)更小。其他典型的IMA包括完整的數字接收器同時結合傳統(tǒng)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(tǒng)。

　　為什么現在才出現?

　　正如我們都痛苦地意識到，國防工業(yè)已經主要由技術驅動而不是成本驅動。這是因為新的雷達、電子戰(zhàn)、和其他美國國防部(DoD)所需的系統(tǒng)是極其復雜的和對完成性能極具挑戰(zhàn)。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(tǒng)在這一領域保持了幾十年并且每隔幾年升級一次，另外這兩個需求并不便宜。

　　然而，抱著“盡管去做”心態(tài)的時代正在迅速接近尾聲，隨著國防部年度預算縮減，當然五角大樓的開支不是第一次放在顯微鏡下，但它可能是第一次。從技術上講數字和微波技術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推動者。

　　通過標準化機電、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)用語叫做IMA)，OpenRFM幾乎可以完全改變國防系統(tǒng)構建的方式，提供一個基于標準的路線圖，允許系統(tǒng)在多個平臺上使用，這就是為什么他們今天才被設計和建造的反面證據。盡管一個雷達被“制造商A”為一架飛機而制造，跟“制造商B”為另一個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，合并專利設計，并不能很容易地從一個平臺“移植”到另一個平臺。

　　這里有幾個先例…

　　在市場領域，數字和微波技術以一套準標準形式和諧共存，智能手機和其他無線設備就是一個典型的例子。在所有這些情況下，集成由需求所驅動——因為在這些電池供電設備中，沒有空間留給不同標準的技術。

　　藍牙產品和無線個域網(Zigbee)歸屬于無線通信，和無線接入點一樣，一些醫(yī)療設備，和其他產品，其尺寸或其他限制因素決定了數字和微波技術集成是非常重要的。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(tǒng)(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單一的芯片。一個很好的例子就是芯科實驗室的Si468x數字接收IC，其本質上是低功耗多波段數字廣播接收器，其支持調幅，長波、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，所有類型的固定和便攜式收音機、音箱、娛樂系統(tǒng)。

　　圖3：硅實驗室Si468x數字廣播接收器是一個一體化的解決方案。