射頻設(shè)計(jì)為什么越來(lái)越難？

現(xiàn)在的任意一款電子產(chǎn)品，都盡可能的集成進(jìn)更多的功能，尤其手機(jī)，無(wú)論最初始的電話，語(yǔ)音，文本短信功能，還是如今的數(shù)據(jù)，圖像，視頻，音樂(lè)，無(wú)線，導(dǎo)航，游戲，甚至我們很多都完全沒(méi)用過(guò)的功能都應(yīng)有盡有，堪稱一部小型娛樂(lè)工作學(xué)習(xí)一體機(jī)。而這些應(yīng)用的集成，無(wú)疑增加了射頻設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，設(shè)計(jì)任務(wù)也因此變得異常艱難。

而解決這個(gè)設(shè)計(jì)問(wèn)題的最佳方法就是將射頻模擬設(shè)計(jì)與數(shù)字部分，硬件與軟件，芯片與PCB進(jìn)行有機(jī)結(jié)合。射頻模擬設(shè)計(jì)必須與數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)相融合，而不是幾個(gè)分散部分的生硬組合。軟硬件設(shè)計(jì)相結(jié)合，對(duì)于工程師的要求也就越來(lái)越高。當(dāng)然也就促使工程師去設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)更高集成度，更多功能的片上系統(tǒng)SoC，盡可能的減少PCB板上分立器件的數(shù)量。

在很多公司，一個(gè)蘿卜一個(gè)坑的時(shí)代也會(huì)慢慢結(jié)束，我們也不可能僅僅沉浸在自己的領(lǐng)域，只是完成自己領(lǐng)域的設(shè)計(jì)，不去或者很少去關(guān)心別人在做什么。對(duì)于交叉學(xué)科的人才需求在射頻設(shè)計(jì)中也日漸增長(zhǎng)，一個(gè)好的射頻工程師必須能夠突破自己知識(shí)技能的邊界，通過(guò)融合數(shù)字設(shè)計(jì)，信號(hào)處理和SoC技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)出更好的產(chǎn)品。

大學(xué)時(shí)期，在學(xué)校的二手市場(chǎng)淘到一個(gè)Nokia 3230， 那個(gè)時(shí)代諾基亞堪稱是手機(jī)的王者，堅(jiān)固結(jié)實(shí)，功能強(qiáng)大，但和現(xiàn)在的手機(jī)比起來(lái)，無(wú)論是塊頭重量，還是功能上，都像一款磚頭一樣，而現(xiàn)在功能如此強(qiáng)大的手機(jī)卻能輕松的裝進(jìn)口袋，而且輕便快速。如果沒(méi)有高集成度的集成電路IC的出現(xiàn)，這種設(shè)計(jì)的復(fù)雜度簡(jiǎn)直不堪想象。高集成射頻模擬芯片Soc的研發(fā)成功要晚于數(shù)字基帶集成電路。實(shí)際上，Soc的出現(xiàn)，不僅能夠制作出功能更復(fù)雜的小型無(wú)線產(chǎn)品，也直接變頻架構(gòu)的接收機(jī)的實(shí)現(xiàn)成為可能。射頻模擬集成電路技術(shù)的發(fā)展使得射頻SoC成為可能，一個(gè)芯片就是一個(gè)射頻收發(fā)機(jī)。

我們所設(shè)計(jì)的射頻系統(tǒng)其實(shí)僅僅是整個(gè)無(wú)線數(shù)字收發(fā)機(jī)的一個(gè)前端子系統(tǒng)，數(shù)字基帶部分的性能和射頻模擬系統(tǒng)相互影響，相互成就。

在給定靈敏度的前提下，基帶的解調(diào)器新能與處理器增益決定了射頻收發(fā)機(jī)的噪聲系數(shù)；同樣的，在射頻接收機(jī)的鏈路中，為了達(dá)到某個(gè)數(shù)據(jù)誤碼率BER，信道濾波后的群時(shí)延失真會(huì)影響到信噪干擾比SNIR的最低要求。因?yàn)榻邮盏男盘?hào)強(qiáng)度是在數(shù)字區(qū)域測(cè)量的，而不是像過(guò)去一樣使用模擬功率檢測(cè)器來(lái)測(cè)量，所以射頻接收機(jī)的自動(dòng)增益控制AGC在數(shù)字基帶系統(tǒng)中是閉環(huán)的。同樣的，在發(fā)射端，發(fā)射功率則受控于數(shù)字基帶，通過(guò)調(diào)整數(shù)字基帶信號(hào)在I/Q 信道中的電平比，直流偏置以及I/Q 兩信道的不均衡可以得到補(bǔ)償。

在接收鏈路中，射頻與數(shù)字基帶之間的接口是模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC，而在發(fā)射端，射頻和數(shù)字基帶的接口是數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC，ADC和DAC的動(dòng)態(tài)范圍或者分辨率影響著增益控制范圍和射頻接受與發(fā)射端的信號(hào)質(zhì)量。因此，數(shù)字和射頻的聯(lián)合設(shè)計(jì)是一個(gè)必然趨勢(shì)，同樣要求射頻工程師要具備數(shù)字基帶以及現(xiàn)代通信理論的知識(shí)儲(chǔ)備。

另外，射頻軟件也變得越來(lái)越重要，射頻系統(tǒng)需要越來(lái)越多的軟件來(lái)控制和支持。數(shù)字信號(hào)處理以及相關(guān)軟件的應(yīng)用，在射頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)中也越來(lái)越重要，比如射頻收發(fā)機(jī)的增益自動(dòng)控制AGC，射頻頻帶的選擇，信道選擇等等，都需要嵌入式DSP來(lái)執(zhí)行。尤其在將來(lái)的軟件無(wú)線電SDR中，嵌入式DSP能力可能稱為射頻工程師的一個(gè)必備技能。

有朝一日，射頻天線和濾波模塊是不是也會(huì)像數(shù)字基帶一樣，實(shí)現(xiàn)可編程？

學(xué)無(wú)止境，對(duì)于射頻工程師更是如此，唯有保持對(duì)新技術(shù)新知識(shí)的及時(shí)儲(chǔ)備，才能使自己在這個(gè)無(wú)線潮流中不掉隊(duì)。

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