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如何在集成設(shè)備中獲取射頻硬件表征數(shù)據(jù)的變化
點(diǎn)擊次數(shù):1007 更新時(shí)間:2021-09-18

 

一些 5G 系統(tǒng)的制造商正在轉(zhuǎn)向更高水平的硬件集成,并在片上系統(tǒng)(SoC)設(shè)備中整合射頻轉(zhuǎn)換器和基帶處理引擎,以解決功耗和電路板空間問題。雖然這種集成有好處,但負(fù)責(zé)這些系統(tǒng)表征的工程師面臨著訪問數(shù)據(jù)的新挑戰(zhàn),因?yàn)橹暗莫?dú)立射頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器現(xiàn)在將與 FPGA 和處理器在同一芯片上進(jìn)行組合。

 

另一個(gè)困擾工程師的因素是 5G 標(biāo)準(zhǔn)本身。作為一種新標(biāo)準(zhǔn),5G 很可能會(huì)向前發(fā)展,因此工程師們不僅需要應(yīng)對(duì)如何在集成設(shè)備中獲取表征數(shù)據(jù)的變化,還需要應(yīng)對(duì)參考波形和性能標(biāo)準(zhǔn)可能發(fā)生的變化。這給表征過程增加了額外的負(fù)擔(dān),它需要足夠的靈活性來應(yīng)對(duì)不斷變化的需求。



 
為了能夠通過 SoC 進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問并應(yīng)對(duì)可能不斷變化的標(biāo)準(zhǔn),理想的表征環(huán)境需要靈活的信號(hào)生成和分析能力,它不僅能夠生成符合當(dāng)前 5G 標(biāo)準(zhǔn)的波形,還可以隨著標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展生成新的波形。這種信號(hào)生成和分析能力還需要能夠從新的 SoC 硬件中提取射頻數(shù)據(jù),而不需要射頻工程師成為 SoCs 編程方面的專家。

 

如果這種信號(hào)生成能力與信號(hào)捕獲和分析能力包含在相同的桌面環(huán)境中,工程師可以執(zhí)行許多射頻測試和表征任務(wù),而不需要傳統(tǒng)的臺(tái)式測試設(shè)備。

 

虛擬測試設(shè)備與傳統(tǒng)測試設(shè)備

雖然總會(huì)有地方放置臺(tái)式信號(hào)發(fā)生器、頻譜分析儀和其他相關(guān)傳統(tǒng)測試設(shè)備來驗(yàn)證系統(tǒng)性能,但是這些儀器的成本和物理尺寸使得它們?cè)谙到y(tǒng)設(shè)計(jì)的初始表征和“假設(shè)”階段不那么受歡迎。允許算法開發(fā)人員、射頻工程師和系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員訪問他們的虛擬測試“實(shí)驗(yàn)室”可以加速設(shè)計(jì)迭代,并幫助更快地獲得佳設(shè)計(jì)。

 

硬件和算法的不良選擇可以在設(shè)計(jì)過程的早期被剔除,而不會(huì)占用昂貴的共享資源,如臺(tái)式測試設(shè)備,更不會(huì)占用擁有該設(shè)備的相關(guān)測試人員。同樣,在進(jìn)行更廣泛的測試過程之前,可以快速識(shí)別出良好的設(shè)計(jì)理念,并將其發(fā)展到更高的程度,大大提高通過認(rèn)證的可能性,而無需大量的硬件返工,從而節(jié)省了開發(fā)時(shí)間和成本。

 

這里的目標(biāo)不是取代桌面測試,而是在過程的早期添加基于軟件的測試,從而降低硬件原型構(gòu)建成本并提高工程生產(chǎn)率。

 

但是,這類桌面特征化環(huán)境如何與 5G 系統(tǒng)開發(fā)的原型硬件一起使用呢?圖 1 顯示了 SoC 設(shè)備的軟件表征設(shè)置,該 SoC 設(shè)備由集成了可編程邏輯和基于 MCU 的處理系統(tǒng)的 8 通道射頻 ADC 和 8 通道射頻 DAC 組成。

 


 
圖 1. 連接到基于 PC 的測試環(huán)境的 EFSoC 開發(fā)工具包

 

信號(hào)將通過 MATLAB 應(yīng)用程序在 PC 上生成,然后發(fā)送到 Zynq UltraScale+ RFSoC 設(shè)備,輸出設(shè)備的 DAC,通過 ADC 后返回 PC。基于 PC 的應(yīng)用程序 RFSoC Explorer 將管理數(shù)據(jù)傳輸、信號(hào)生成和各種分析功能,如圖 2 所示。

 


 
圖 2. RFSoC 資源管理器表征描述工具的截圖

 

這種“閉環(huán)”測試可減少對(duì)外部測試設(shè)備的需求,并允許用戶將 RFSoC 上的 ADC 和 DAC 的性能表征到足以對(duì)硬件的適用性做出判定的到水平。

 

這種基于軟件的測試方法使射頻工程師能夠訪問嵌入 SoC 中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器,而無需對(duì)設(shè)備本身進(jìn)行編程來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)訪問,并提供信號(hào)生成所需的靈活性,允許用戶在標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展時(shí)根據(jù)需要修改波形。

 

擴(kuò)展測試方法

雖然基于軟件的測試方法能夠快速做出有關(guān)適用性的決定,但也有局限性,主要是硬件和主機(jī)之間通信通道的速度和測試軟件本身進(jìn)行信號(hào)分析的速度。如果測試要求更快的信號(hào)分析數(shù)據(jù)速率,則可以使用相同的軟件前端生成信號(hào),將傳統(tǒng)的測試設(shè)備連接到 RFSoC 輸出端進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。這種方法仍然允許波形可編程性,同時(shí)緩解了潛在通信瓶頸的影響。

 

附加測試場景包括使用 RFSoC 設(shè)備上的可編程邏輯作為其自身的信號(hào)發(fā)生器,或在設(shè)備中添加邏輯以創(chuàng)建其自身的測試場景,例如對(duì)傳入數(shù)據(jù)設(shè)置某些觸發(fā)條件,并僅捕獲感興趣的數(shù)據(jù)以便在 PC 上進(jìn)一步分析,而不是流式傳輸所有數(shù)據(jù)。

 

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