嵌入式系統(tǒng)中集成微波和射頻技術(shù)，機(jī)會(huì)夠成熟嗎？

　　縱觀嵌入式系統(tǒng)悠久的歷史，到現(xiàn)在為止幾乎完全數(shù)字化了，但還有射頻和微波技術(shù)卻是兩個(gè)獨(dú)立的子系統(tǒng)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(shù)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(tǒng)(即板級(jí)數(shù)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(gè)被叫OpenRFM的行動(dòng)。該公司的目標(biāo)是讓我們可以將射頻和微波技術(shù)首次集成到當(dāng)前“純數(shù)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(xiàn)在才出現(xiàn)呢?”如果你在射頻和微波子系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shù)字和微波設(shè)計(jì)師一直以來(lái)處于不同的領(lǐng)域并且都無(wú)視對(duì)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(shù)字和微波)集成在緊隨嵌入式系統(tǒng)行業(yè)之后的一種標(biāo)準(zhǔn)形式。

　　●它將在實(shí)現(xiàn)美國(guó)國(guó)防部的兩個(gè)主要目標(biāo)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(dá)、電子戰(zhàn)、和其他系統(tǒng)被用于多平臺(tái)而不需要進(jìn)行太大的改變或者重新設(shè)計(jì)。

　　●所有嵌入式系統(tǒng)制造商和承包商都遵循一個(gè)設(shè)計(jì)路線圖，同時(shí)保留相應(yīng)的靈活性來(lái)區(qū)分他們的產(chǎn)品和別人使用他們自己的兼容OpenRFM產(chǎn)品。

　　●構(gòu)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(chǎn)品能盡快面市。

　　雖然Mercury的目標(biāo)是國(guó)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(yī)療系統(tǒng)采納，例如，如果其中的一應(yīng)用以某種形式利用無(wú)線通信，則OpenRFM對(duì)包含其內(nèi)的商業(yè)系統(tǒng)制造商變成非常有價(jià)值。

　　為了擴(kuò)大這種集成趨勢(shì)，Mercury需要將其標(biāo)準(zhǔn)加到當(dāng)前家庭安防標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式系統(tǒng)——OpenVPX中，其中首當(dāng)其中的就是VITA(其前身是VMEbus國(guó)際貿(mào)易協(xié)會(huì))。它的產(chǎn)生，至少是一個(gè)相當(dāng)好的機(jī)遇，因?yàn)樗喈?dāng)符合該協(xié)會(huì)的路線規(guī)劃，它已擴(kuò)展到包括軟件定義無(wú)線電和空間領(lǐng)域。

　　OpenRFM是基于OpenVPX板的一個(gè)模塊化、開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)，結(jié)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(shù)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(yīng)大范圍的集成微波子系統(tǒng)(現(xiàn)在被稱為集成微波組件或IMA)。

　　圖1：這是一個(gè)OpenRFM模塊，集成在一個(gè)OpenVPX板上。傳統(tǒng)來(lái)說(shuō)，在OpenRFM模塊中執(zhí)行的功能將占用一塊更大的獨(dú)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(diào)諧器(中)和直接數(shù)字合成器(右)。

　　最常見(jiàn)的是下變頻器，由它獲得每個(gè)系統(tǒng)的前端信號(hào)，在該系統(tǒng)中，信號(hào)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(shù)轉(zhuǎn)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(hào)被增加到所要求的頻率通過(guò)一個(gè)特定的應(yīng)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(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接幾乎都涉及各類通信系統(tǒng)。

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

　　為什么現(xiàn)在才出現(xiàn)?

　　正如我們都痛苦地意識(shí)到，國(guó)防工業(yè)已經(jīng)主要由技術(shù)驅(qū)動(dòng)而不是成本驅(qū)動(dòng)。這是因?yàn)樾碌睦走_(dá)、電子戰(zhàn)、和其他美國(guó)國(guó)防部(DoD)所需的系統(tǒng)是極其復(fù)雜的和對(duì)完成性能極具挑戰(zhàn)。也是因?yàn)槲褰谴髽菓?yīng)對(duì)當(dāng)前和下一代對(duì)手的能力，因?yàn)檫@些系統(tǒng)在這一領(lǐng)域保持了幾十年并且每隔幾年升級(jí)一次，另外這兩個(gè)需求并不便宜。

　　然而，抱著“盡管去做”心態(tài)的時(shí)代正在迅速接近尾聲，隨著國(guó)防部年度預(yù)算縮減，當(dāng)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(shù)字和微波技術(shù)的各路承包商正在大范圍的讓預(yù)算變得緊張。所以O(shè)penRFM非常適合成為其中一個(gè)推動(dòng)者。

　　通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)電、軟件，遙控飛機(jī)，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(guó)防系統(tǒng)構(gòu)建的方式，提供一個(gè)基于標(biāo)準(zhǔn)的路線圖，允許系統(tǒng)在多個(gè)平臺(tái)上使用，這就是為什么他們今天才被設(shè)計(jì)和建造的反面證據(jù)。盡管一個(gè)雷達(dá)被“制造商A”為一架飛機(jī)而制造，跟“制造商B”為另一個(gè)飛機(jī)制造的雷達(dá)的功能是一樣的，但他們的設(shè)計(jì)幾乎完全不同，合并專利設(shè)計(jì)，并不能很容易地從一個(gè)平臺(tái)“移植”到另一個(gè)平臺(tái)。

　　這里有幾個(gè)先例…

　　在市場(chǎng)領(lǐng)域，數(shù)字和微波技術(shù)以一套準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)形式和諧共存，智能手機(jī)和其他無(wú)線設(shè)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(qū)動(dòng)——因?yàn)樵谶@些電池供電設(shè)備中，沒(méi)有空間留給不同標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)。

　　藍(lán)牙產(chǎn)品和無(wú)線個(gè)域網(wǎng)(Zigbee)歸屬于無(wú)線通信，和無(wú)線接入點(diǎn)一樣，一些醫(yī)療設(shè)備，和其他產(chǎn)品，其尺寸或其他限制因素決定了數(shù)字和微波技術(shù)集成是非常重要的。他們體積小和獨(dú)特的數(shù)字和微波要求這種集成達(dá)到使用片上系統(tǒng)(SoC)方法的水平，因?yàn)檫@種方法可以真正地將數(shù)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(yàn)室的Si468x數(shù)字接收IC，其本質(zhì)上是低功耗多波段數(shù)字廣播接收器，其支持調(diào)幅，長(zhǎng)波、短波、調(diào)頻、調(diào)幅和調(diào)頻高清廣播、數(shù)字音頻廣播、數(shù)字多媒體廣播。

　　除此之外，它們包括一個(gè)OFDM信道解調(diào)器，音頻DSP處理，片上源解碼，I2S數(shù)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(yīng)用包括多媒體手機(jī)、多媒體播放器、GPS設(shè)備和平板電腦，所有類型的固定和便攜式收音機(jī)、音箱、娛樂(lè)系統(tǒng)。

　　圖3：硅實(shí)驗(yàn)室Si468x數(shù)字廣播接收器是一個(gè)一體化的解決方案。