Cet article est une traduction en Français et une adaptation de l’article original écrit en anglais par Jacob Ciolfi, Field Applications Engineer, Analog Devices, et publié par MPD, le 24 mai 2023. L’article original est proposé sur un lien en bas de page.
Le prototypage basé sur une carte d’évaluation pour une conception RF requiert beaucoup de temps et de ressources d’ingénierie, pour autant le résultat peut ne pas atteindre les performances du système final une fois qu’il est assemblé sur une seule carte.
Avec la solution de X-Microwave, le prototypage de conceptions RF permet de réduire considérablement le temps et les ressources nécessaires. Il permet de construire et de tester des prototypes modifiables jusqu’à 60 GHz en une seule après-midi. Cet article présente la plate-forme X-Microwave et son guide de démarrage.
Le prototypage typique pour une conception RF implique l’achat d’une carte d’évaluation pour chaque composant de la chaîne de signal et l’interconnexion avec des câbles RF. Cela donne une idée approximative du comportement de la chaîne de signal sur un PCB de production bien agencé.
Cette approche peut entraîner des pertes d’insertion importantes en raison des longueurs importantes de câblage, et sa mise en service peut être longue en raison des exigences de tension spécifiques de chaque carte. De plus, les composants RF ont souvent besoin de plusieurs tensions avec une séquence d’alimentation précise. Tout écart risque d’endommager le composant. Les câbles RF et d’alimentation peuvent être complexe, surtout si un contrôle numérique est requis. En cas de dysfonctionnement initial du système, le dépannage devient rapidement un exercice de patience et de persévérance.
L’approche de X-Microwave est plus rapide, plus facile et plus précise.
La plate-forme modulaire de prototypage RF de X-Microwave offre une expérience de prototypage permettant de construire des chaînes de signaux facilement modifiables sans nécessité d’outils spécifiques. Les chaînes de signaux sont formées de blocs X-Microwave, des cartes RF single-IC connectables, qui prennent en charge des fréquences jusqu’à 60 GHz. Les connexions RF, fixées par des vis hexagonales, sont robustes et simples à installer. Comparativement aux cartes d’évaluation, cette approche rend l’alimentation et le contrôle numérique de la chaîne de signaux beaucoup plus faciles, avec une seule alimentation 12 VCC contrôlant la carte et un choix entre Raspberry Pi, FPGA ou autre pilote (Figure 1). Cette méthode permet des modifications rapides, réduit considérablement le temps de débogage et maintient le prototype compact, propre et portable.
La solution X-Microwave
Un prototype X-Microwave se compose de petits blocs single- IC cascadables pour former une chaîne de signaux. Avec une gamme comprenant des amplificateurs, des mélangeurs, des commutateurs, des PLL et des VCO, l’écosystème propose de nombreux blocs RF pour soutenir diverses chaînes de signaux complètes. Chaque bloc RF individuel intègre un RFIC unique, soit sous forme de puce soit d’élément encapsulé, avec les composants passifs environnants nécessaires pour un fonctionnement et une adaptation optimale.
X-Microwave a développé sa solution afin d’assurer que la disposition RF et la conception correspondent au plus près aux spécifications de la fiche technique. Sur chaque bloc RF, des lignes en guide d’ondes coplanaires reliées à la terre vont de l’IC jusqu’aux bords du bloc. Les connexions RF sont réalisées à partir de ces bords de bloc vers le bloc voisin en utilisant des interconnexions sans soudure sol-signal-sol (GSG).
Les connexions entre blocs GSG ont une perte d’insertion égale à une fraction de décibels, et à mesure que le nombre de composants dans la chaîne de signaux augmente et que davantage d’interconnexions sont nécessaires, la différence de perte d’insertion entre X-Microwave et les cartes d’évaluation liées par SMA devient encore plus prononcée.
Ces interconnexions ressemblent de près à des lignes continues de PCB, ce qui permet à la performance globale du prototype de refléter beaucoup plus précisément la performance du système final que par la connexion de multiples cartes d’évaluation. Les interconnexions GSG ont des pertes d’insertion minimes, et à mesure que le nombre de composants dans la chaîne de signaux augmente et que davantage d’interconnexions sont nécessaires, la différence de perte d’insertion entre X-Microwave et les cartes d’évaluation liées par SMA devient encore plus important.
Les blocs RF sont assemblés sur une plateforme d’accueil (Figure 2), avec des blocs de sondes SMA fixés aux extrémités de la chaîne de signaux pour acheminer le signal RF dans et hors de la carte. X-Microwave propose également des parois et des couvercles pour envelopper les blocs RF, permettant la simulation des effets de cavité.
Des cartes spéciales fixées sous la structure d’accueil fournissent l’alimentation et les signaux de contrôle. Chaque bloc RF actif est lié à une carte dédiée qui gère les tensions régulées, le séquençage d’alimentation et le contrôle numérique nécessaire au composant. Ces cartes se connectent sous la carte RF à l’aide de broches à ressort, ce qui permet au concepteur de se concentrer sur l’optimisation des performances RF.
Prototypage de votre chaîne de signaux RF
La conception d’un circuit RF avec X-Microwave suit un processus similaire à celui de tout autre circuit de signaux RF. Pour trouver rapidement le bloc X-Microwave nécessaire, X-Microwave offre une fonction de recherche de composant qui permet de filtrer par type, spécification et fabricant (Figure 4). Votre partenaire Exocis peut également réaliser une étude d’architecture système en fonction de vos spécifications systèmes. Une fois les composants sélectionnés, la prochaine étape consiste à simuler votre chaîne de signaux proposée. A nouveau, le département EXOCIS, associé à ingénieurs du bureau d’études d’AMCAD Engineering, peut vous accompagner dans une démarche de tests, de modélisation, et de simulation de l’ensemble du système.
Exemple de Référence des composants X-Microwave sur le site d’ADI pour la puce HMC8402-DIE
Ces modèles simulent les blocs RF X-Microwave complet, améliorant la précision de la simulation de la carte par rapport aux simulations de circuits intégrés désassemblées..
Après avoir exécuté des simulations et atteint le niveau de performance souhaité, l’outil de mise en page de X-Microwave vous permet de finaliser une disposition RF complète, y compris l’alimentation en courant continu, accessible en ligne sur le site Web de l’entreprise. Cet outil de mise en page vous permet de prévoir l’emplacement des blocs X-Microwave dans la chaîne de signaux sur la plateforme d’accueil (Figure 5). Après avoir placé les blocs RF, vous pouvez ajouter les cartes de polarisation et de contrôle d’un simple clic. Tous les composants utilisés dans la chaîne de signaux sont mis à jour en temps réel dans la nomenclature en haut à droite, où vous pouvez également trouver un bouton pour exporter en format CSV. Le fichier .csv contient une nomenclature que vous pouvez envoyer à Exocis pour obtenir un devis formel lorsque vous êtes prêt à passer commande.
En plus des blocs RF, des cartes de polarisation et de contrôle nécessaires pour former la chaîne de signaux, quelques composants supplémentaires sont requis pour l’assemblage électrique et mécanique des blocs. La protoplate plateforme d’accueil est disponible en deux tailles, 32×32 et 16×16, se référant à l’espacement entre les trous de vis sur la carte. Vous aurez également besoin de cavaliers GSG et d’ancres, de petits circuits rectangulaires flexibles placés sur les lancements des blocs RF adjacents pour établir une connexion RF. Les ancres sont fixées aux blocs RF en vissant les cavaliers GSG, assurant ainsi une connexion électrique continue (Figure 6).
Pour connecter une source de signal RF externe à la chaîne de signaux, une sonde X-Microwave est nécessaire. Il existe deux types de transitions coaxiales, de 2,92 mm et 1,85 mm , en fonction de la fréquence d’utilisation. La transistion de 2,92 mm est adaptée jusqu’à 50 GHz, tandis que celle de 1,85 mm est performante au-delà de 67 GHz. Des vis seront également nécessaires pour fixer les composants sur la plateforme d’accueil. Vous aurez besoin de sept longueurs de vis différentes, allant de la plus courte pour fixer les cartes de polarisation et de contrôle à la plus longue pour fixer les bords de la paroi X-Microwave avec un couvercle sur le dessus.
Les outils requis pour assembler les pièces incluent une clé hexagonale de 1/16 de pouce pour serrer les vis et des pincettes pour manipuler les petits composants. Une fois que vous avez reçu vos blocs RF, ainsi que les cartes de polarisation et de contrôle, vous pouvez suivre le plan que vous avez créé à l’aide de l’outil de mise en page en ligne de X-Microwave pour assembler la carte.
Avant de commencer les tests, alimentez d’abord les cartes et connectez le contrôle numérique. Pour relier l’alimentation et le contrôle numérique aux cartes de polarisation et de contrôle, la carte de pont AD-FMCXMWBR1-EBZ est la meilleure option (Figure 7).
Elle offre jusqu’à huit lignes GPIO, deux bus SPI complets avec huit lignes de sélection de puce chacun, et deux bus I2C complets. La carte de pont propose également deux modes de contrôle numérique : un Raspberry Pi connecté directement à la carte de pont pour piloter la chaîne avec quelques lignes de script Python, ou un FPGA interagissant avec la chaîne de signaux X-Microwave via le connecteur FMC sur la carte de pont. Cela permet le développement et le test de logiciels de production aux côtés du prototype matériel.
La carte de pont est une solution idéale pour le contrôle numérique et l’alimentation, avec un matériel minimal et une portabilité qui la rend adaptée aux démonstrations et aux déplacements. Le seul équipement supplémentaire requis est une source de signal RF et un instrument de mesure RF. Un banc de laboratoire ordonné et un écosystème modulaire permettent un débogage plus rapide et plus efficace, vous permettant d’atteindre la production avec moins de difficultés et moins d’heures d’ingénierie.
Conclusion
X-Microwave résout (quasiment) tous les problèmes habituels du prototypage RF traditionnel avec les cartes d’évaluation. Associé à la carte de pont FMC-X-Microwave d’ADI, qui nécessite une seule alimentation 12 VCC pour l’alimentation et un Raspberry Pi pour le contrôle numérique, chaque démonstration de chaîne de signaux peut être contenue dans une petite boîte à chaussures et être mise en place en moins de temps qu’il n’en faut pour préparer une présentation.
On pourrait penser que ce niveau de performance est plus coûteux que les méthodes de prototypage traditionnelles, mais à l’exception des coûts initiaux, le prototypage avec X-Microwave est souvent comparable en termes de coût à la construction du système avec des cartes d’évaluation. En réalité, certains blocs X-MW sont même moins chers, même avant de prendre en compte les avantages de réduction du temps d’ingénierie apporté à votre résultat final.
Référence
