Substrat De Boîtier IC - L'émetteur - récepteur intégré simplifie la conception et améliore les performances du radar à matrice phasée

Un système radar à réseau phasé comporte plusieurs canaux d'émission et de réception. Auparavant, ces systèmes étaient construits à l'aide de puces d'émission et de réception IC (IC) distinctes. Ces systèmes utilisent des puces séparées respectivement dans le convertisseur numérique - analogique (DAC) du circuit PCB émetteur et dans le convertisseur analogique - numérique (ADC) du circuit récepteur (RX). Cette solution discrète permet à de nombreux systèmes d'être de grande taille, coûteux et gourmands en énergie, ce qui permet d'obtenir le nombre de canaux requis pour exécuter les fonctions souhaitées. En raison de processus de fabrication et d'étalonnage complexes, ces systèmes prennent souvent beaucoup de temps à être mis sur le marché. Cependant, récemment est apparu un moyen d'utiliser un émetteur - récepteur intégré qui combine de nombreuses fonctionnalités qui étaient autrefois considérées comme complètement différentes dans un seul IC. Ces ci contribuent à la réalisation de systèmes radar à matrice de phase de petite taille, à faible consommation d'énergie, à faible coût, à nombre élevé de canaux et à court délai de mise sur le marché.

L'émetteur - récepteur intégré intègre plusieurs fonctions dans un seul ci, par exemple l'émetteur - récepteur adrv9009 d'Adi (Figure 1). Il intègre DAC, ADC, oscillateur local (lo) synthétiseur de fréquence, microprocesseur, mélangeur et d'autres fonctions dans une puce monolithique de 12mm * 12mm. En outre, le produit intègre deux voies de réception et deux voies d'émission ainsi que plusieurs composants de traitement numérique du signal (DSP) pour obtenir la bande passante instantanée requise par le système. Une interface de programmation d'application (API) est également disponible pour faire fonctionner l'émetteur - récepteur sur la plate - forme logicielle du client. Un réseau frontal sur puce peut être utilisé pour permettre le contrôle du gain et de l'atténuation. Les routines d'étalonnage d'initialisation et de suivi intégrées sont utilisées pour fournir les performances requises par de nombreuses applications militaires et de communication.

Ces émetteurs - récepteurs intégrés permettent de créer tous les signaux d'horloge nécessaires à l'émetteur et au récepteur par injection d'un signal d'horloge de référence appelé ref - Clk. La boucle de phase verrouillée sur puce (PLL) synthétise alors toutes les horloges nécessaires à l'échantillonnage DAC / ADC, à la génération lo et à l'horloge du microprocesseur. Si le bruit de phase lo interne n'est pas suffisant pour répondre aux exigences de l'application du client, l'utilisateur peut injecter un faible bruit de phase Lo de l'extérieur.

Les données de l'émetteur - récepteur sont transmises via l'interface de données série haute vitesse jesd204b standardisée. Cette interface prend en charge la réception et l'envoi simultanés de grandes quantités de données. La nouvelle solution d'émetteur - récepteur intégrée peut aider à fournir une interface ip et aider les clients à accélérer le délai de mise sur le marché. Si un retard déterministe et une synchronisation des données sont nécessaires, l'utilisateur peut utiliser la fonction intégrée de synchronisation multi - puces (MCS) et envoyer un signal sys - REF comme référence temporelle principale pour la séquence initiale d'alignement de canal (ILAS) 1.

En outre, la caractéristique intégrée de synchronisation de phase rfpll peut être utilisée pour régler la phase lo du canal d'émission ou de réception de manière déterministe par rapport à la phase de référence principale. En utilisant les fonctionnalités de synchronisation de phase MCS et rfpll, vous pouvez assurer l'alignement de phase lors de l'initialisation des composants, de l'Accord de fréquence ou de l'ouverture / fermeture des canaux d'émission / réception. La figure 2 montre un example d'un nouvel émetteur - récepteur intégré fournissant une phase déterministe et supportant toutes ces fonctions.

Figure 2: la fonction de synchronisation de phase rfpll intégrée permet une relation de phase déterminée entre le système et la source de référence principale.

Utilisation de plusieurs émetteurs - récepteurs intégrés si le système nécessite plus de deux récepteurs et plus de deux émetteurs, l'utilisateur peut tout de même utiliser plusieurs émetteurs - récepteurs intégrés et bénéficier des faibles dimensions mises en oeuvre par les canaux de réception et d'émission d'un seul boîtier. Un example de cette technique est représenté sur la figure 3. En synchronisant plusieurs émetteurs - récepteurs intégrés à l'aide d'impulsions sys - REF simultanées, les diviseurs internes de tous les ci peuvent être déclenchés simultanément. Ces impulsions sys - REF peuvent être émises par une puce d'horloge à retard Programmable ou par un processeur en bande de base, ce qui permet de compenser les fluctuations de retard causées par un décalage de longueur de trajet entre les circuits intégrés. Ainsi, les chemins de données à travers plusieurs Puces et plusieurs lo peuvent être retardés avec certitude.

Figure 3: plusieurs émetteurs - récepteurs intégrés peuvent être utilisés pour augmenter le nombre de canaux dans le système.

Les émetteurs - récepteurs intégrés sont l'épine dorsale des radars à matrice phasée. En utilisant des émetteurs - récepteurs intégrés synchrones pour augmenter le nombre de canaux, ces appareils deviennent l'épine dorsale de la plate - forme radar à matrice phasée. L'utilisation de plusieurs émetteurs - récepteurs intégrés permet d'améliorer la dynamique, les parasites et le bruit de phase au niveau du système lorsqu'il est combiné avec des canaux d'émission et de réception alignés en phase et en amplitude.

Les fonctions DSP sur puce, telles que les oscillateurs à commande numérique (NCO) et les convertisseurs numériques supérieurs ou inférieurs (DDC), prennent désormais en charge l'utilisation de méthodes de décorrélation parasite au niveau du système au sein d'un seul ic2.

La densité spectrale de bruit (NSD) au niveau du système et les performances parasites sont améliorées par l'utilisation de plusieurs émetteurs - récepteurs intégrés pour combiner les canaux d'émission - réception. Cette mesure améliore la plage dynamique du système radar à matrice de phase en réduisant le bruit de fond efficace du système tout en conservant toutes les fonctions du canal. La figure 4 montre les résultats des mesures au niveau du système obtenues après intégration de jusqu'à 8 Voies de réception d'émetteurs - récepteurs intégrés et augmentation effective du nombre de bits dans le système à matrice de phase. Notez que lorsque vous passez d'un canal à huit canaux, le NSD et le bruit de fond local calculé (représenté par une ligne rouge sur chaque figure) augmentent de 6 DB. En effet, bien qu'il y ait 8 canaux au total, sur les 4 émetteurs - récepteurs intégrés utilisés pour créer ces 8 canaux, il n'y a que 4 lo différents et non corrélés (nlo = 4). Ainsi, les améliorations suivantes ont été réalisées:

Les résultats obtenus sont similaires aux résultats expérimentaux fournis par l'émetteur - récepteur intégré. De plus, les fréquences d'imagerie redondantes sont agrégées de manière non corrélée pour permettre une amélioration des performances parasites au niveau du système. Au fur et à mesure que le nombre de canaux augmente, les performances seront encore améliorées pour permettre un système évolutif.

Figure 4: l'intégration des canaux de réception avec l'émetteur - récepteur intégré adrv9009 permet de réduire la densité spectrale du bruit et d'améliorer la plage dynamique.

Figure 5: l'intégration de plusieurs canaux d'émission adrv9009 peut améliorer les performances de bruit de phase au niveau du système lors de l'utilisation d'un lo interne. L'injection de lo externe améliorera le bruit de phase initial du sous - réseau.

Les fonctions DSP intégrées telles que NCO, déphaseur numérique et duc / DDC permettent un déphasage en bande de base et un décalage en fréquence dans le domaine numérique, ce qui permet à son tour la mise en œuvre de faisceaux numériques dans Shaping, un système radar à matrice de phase multicanaux basé sur un émetteur - récepteur intégré. Après avoir intégré plusieurs fonctions dans un seul IC, le système peut maintenant utiliser des émetteurs - récepteurs intégrés dans de nombreuses applications de réseau de phase associées pour réaliser le pas de réseau d'antenne. L'utilisation de plus d'émetteurs - récepteurs pour augmenter le nombre de canaux rétrécit généralement le faisceau, mais conduit à un système plus grand. Cependant, maintenant que plusieurs fonctions sont intégrées dans un seul ci, la proportion de systèmes qui deviennent plus grands est encore plus petite qu'auparavant. Après simulation des modes de rayonnement avec matlab®, la figure 6 montre comment le faisceau se rétrécit lorsque le nombre de canaux passe de 8 à 1024 et comment l'amplitude théorique du lobe devient plus profonde. Le zéro de puissance réel sera déterminé dans la conception de l'antenne.

En résumé, l'intégration de plusieurs fonctions numériques et analogiques dans un seul ci permet un système radar à matrice de phase plus petit. Ces systèmes prennent en charge la mise en œuvre de la formation de faisceaux numériques et de la formation de faisceaux hybrides, en fonction des spécifications du système. Il a été démontré que l'adrv9009 avec Adi permet d'améliorer les performances au niveau du système. Ces dispositifs intégrés permettent à de nombreux nouveaux systèmes d'utiliser le même matériel pour exécuter plusieurs applications.