יישומי 5G מוקדמים החלו בסוף 2019, ומאז עיצובים RF חזיתיים (RFFE) עברו דרך ארוכה מבחינת אינטגרציה גבוהה יותר ותמיכה בתפעול מולטי-מצבים הנע בין מכשירי רדיו 5G ל- 2G.
למשל, ממירי נתונים ב- RFFE אלה תומכים כעת ברוחבי הפס של הערוץ הזמינים ברצועות גל מילימטר (mmWave). זה, בתורו, יפתח את הדלתות להכללת ארכיטקטורות RF ויכול להפחית את מורכבות מעגלי ה- RF על ידי התקרבות המחיצה הדיגיטלית-אנלוגית לאנטנה.
RFFE ידועים גם בשם מודולים חזיתיים. חלקים אלה משתמשים בארכיטקטורות של מחיצות חכמות כדי לשלב מגברים במהירות גבוהה, לקבל ממירים אנלוגיים לדיגיטליים ולהעביר ממירי נתיבים דיגיטאליים-אנלוגיים יחד עם תכנון מסנן בתדירות גבוהה המתכווץ. שילוב הוא שם המשחק בעיצוב רדיו 5G, מכיוון שפתרונות RF בדידים כבר לא מספיקים.
קח את עיצובי RFFE של קוואלקום המשלבים מספר רכיבי RF בין מודם לאנטנה. פתרונות מודם לאנטנה אלה מפגישים מודם, מקלט RF, רכיבי RF חזיתיים ומודולי אנטנה, וכך מאפשרים יצרני יצרנים ניידים ניידים למסחר במהירות מכשירים עם תמיכה ברצועות תדרים חדשות כגון n53, n70 ו- n259 ב 41- רצועת GHz.
אחת הדוגמאות האחרונות היא מערכת המודם-RF 65G Snapdragon X5 5G, פתרון המודם לאנטנה מהדור הרביעי של קוואלקום. ה- Snapdragon X65 תומך בצבירת ספקטרום של עד 1 ג'יגה הרץ בספקטרום mmWave וב -300 מגה-הרץ בספקטרום תת-6 ג'יגה הרץ.
ה- X65 הוא פתרון 5G של מודם לאנטנה מהדור הרביעי הכולל כיוונון אנטנות ויכולות צבירת ספקטרום. (מקור: קוואלקום)
יש גם קדמי RF של ADR554x עבור מכשירי רדיו MIMO (M-MIMO) מאסיבי של Analog Devices Inc., RFFE אלה מגדילים מאוד את מספר ערוצי המקמרים המקבילים בו זמנית הפועלים במספר להקות תוך סחיטת כל החומרה הדרושה לגורם צורה קטן יותר.
משפחת קדמי ה- RF של ה- ADR554x משלבת מתג בעל הספק גבוה בתהליך סיליקון ומגבר בעל רעש נמוך בעל ביצועים גבוהים בתהליך GaAs. הקצוות הקדמיים האלה של RF, המכסים רצועות סלולריות בין 1.8 ג'יגה הרץ ל -5.3 ג'יגה הרץ, תוכננו בצורה אופטימלית עבור ממשקי אנטנות M-MIMO.
כתוצאה מכך, עם מספר גבוה יותר של אנטנות ורצועות שיש לתמוך במספר רב של רכיבים הדרושים להשגת כיסוי הולם, אנו רואים מורכבות חסרת תקדים בתחום ה- RF. אז בתחילת הדרך, המורכבות הגוברת של מכשירי הרדיו 5G הגבילה את מספר היצרנים עם המומחיות לפתח תת מערכות RF מורכבות כאלה. עם זאת, ספקים נוספים נוקטים כעת באתגר ה- RFFE עם התבגרות של עיצובים של 5G.
אתגרי עיצוב חזית RF
תכנון RF מהווה הזדמנות עצומה ברשתות 5G על רקע פריסת מספר עצום של תחנות בסיס בסביבות מיני, מיקרו, פיקו ותאי פמטו, כמו גם התקני מסוף חדשים לאינטרנט של דברים ותעשייה יישומי IoT. זה עשוי להוסיף צמיחה עצומה במכשירים מחוברים למקרי שימוש ודרישות מגוונים ביותר.
יעילות ושימוש חוזר בספקטרום, מהירויות גבוהות יותר וחביון נמוך הם שיקולים מרכזיים בעיצובי RFFE כדי לעמוד בדחיפה עצומה זו ביכולת תעבורת הנתונים האלחוטית. בראש ובראשונה, יעילות הספקטרום חיונית מכיוון שתדרי mmWave, הספקטרום מעל 6 ג'יגה הרץ, משכו תשומת לב רבה לזמינות רוחב פס רחב.
עם זאת, העברה ברצועת mmWave היא המאתגרת ביותר באזורים חיצוניים, והמשימה של תכנון RFFE היא לשפר אובדן דרכים גבוה, חמצן גבוה ו- H2ספיגת O, אובדן דרך העלווה ודהייה בגלל גשם. אז מעצבי RF משתמשים בטכנולוגיות של עיצוב קרניים ומעקב אחר קרניים כדי להתגבר על מאפייני ערוצים לא נוחים בתדירות mmWave.
שנית, המהירות היא קריטית בתכנון RFFE מכיוון שארכיטקטורות רדיו 5G פועלות בקצב נתונים גבוה בהרבה בהשוואה למערכות 2G, 3G ו- 4G קודמות. מערכות ה- 5G הנוכחיות מהירות פי 10 מהרדיו 4G LTE.
שלישית, חביון הוא האלמנט החדש, יחד עם גישה מהירה יותר בעיצובים של 5G. זה הרבה יותר חשוב ב- 5G RFFE מאשר בגרסאות 3G ו- 4G קודמות. ל- 5G יש חביון מינימלי של 1 אלפיות השנייה או פחות. מצד שני, במערכות 4G, זמן ההשהיה הוא 50 ms עד 98 ms, במערכות 3G ב 212 ms ובמערכות 2G ב 629 ms עצום. שירותי 5G החדשים מעסיקים כעת את תכונת התקשורת עם זמן השהיה אמין במיוחד לניהול בעיות הקשורות לחביון.
פתרונות RFFE משולבים במיוחד, כמו מערכת המודם-רף 55G Qualcomm X5, התומכים בכל שילוב של רצועות תדרים ומצבים מאפשרים למהנדסים להתמקד בעיצוב תעשייתי ובממשק המשתמש, ובכך לספק מוצרים טובים יותר בזמן קצר יותר ובעלות נמוכה יותר. (מקור: קוואלקום)
התקציר של בעיות RFFE בעיצובי 5G מראה את האופי המשבש של טכנולוגיות RF. במיוחד, כאשר דגימת RF מתקרבת לאנטנה, אשר, בתורה, תפשט ותכווץ את גורמי הצורה של הרדיו ותאפשר רמות גבוהות יותר של אינטגרציה. אז בזה טֶכנוֹלוֹגִיָה צומת דרכים, מה התעשייה עושה כדי לאפשר רמות גבוהות יותר של אינטגרציה תוך שמירה על מורכבות העיצוב? הסעיף הבא מסתכל מקרוב על יוזמה של תעשיית RF.
קונסורציום OpenRF
האגודה Open RF שהוקמה לאחרונה (OpenRF) שואפת ליצור יכולת פעולה הדדית פונקציונאלית של חומרה ותוכנה על פני ממשקי RF מולטי-מצבים בעיצובים של 5G. מסגרת פתוחה זו תתקנן ממשקי חומרה ותוכנה ובכל זאת תאפשר חדשנות עיצובית בקרב ספקי פתרונות RF. החברים המייסדים של הקונסורציום כוללים את Broadcom, Intel, MediaTek, Murata, Qorvo ו- Samsung.
לדברי ג'ו מאדן, אנליסט ראשי ב- Mobile Experts, תעשיית המובייל זקוקה יותר ויותר למבנה כדי להתמודד עם המורכבות, המהווה כיום סימן היכר לעיצובי חזית RF. "OpenRF יתקנן אבני בניין באזורים שאינם תחרותיים וכך יאפשר לספקי RFFE למקד את מאמציהם בנקודה החדה של חדשנות," אמר.
ראוי לציין שמפרט ה- MIPI RFFE המגדיר את ממשק הבקרה של ממשק ה- RF ימשיך להתפתח במסגרת קבוצת העבודה RFFE של הברית MIPI. יתר על כן, OpenRF עובדת כעת על הסכם קשר עם הברית MIPI.
המתווה הנ"ל של אתגרי עיצוב חזיתיים של RF, פתרונות ויוזמות תעשייתיות ליישומי מכשיר ותשתית 5G הוא עדות לכונן אינטגרציה היפר שמקרב את המודולריזציה של RFFE למציאות. יתר על כן, בעוד מקדיטי RF הם אריזת רכיבים חיוניים לניתוב, סינון והגברת האותות אל האנטנות וממנה, העיצובים המשולבים ביותר הללו ישפיעו ישירות על צריכת החשמל של המכשיר. זה קריטי בתכנון מכשירי 5G המציעים חיי סוללה לאורך כל היום.
על Analog DevicesQualcomm