使用X-微波对射频设计进行原型设计的更好方法

　　当今基于评估板的RF设计原型设计需要大量的工程时间和资源，结果仍然可能缺乏最终系统在单个板上构建的性能。使用 X-Microwave 模块化系统对射频设计进行原型设计原型设计，可以在一个下午内构建和测试干净、可修改、接近 PCB 的 60 GHz 原型，从而大大减少测试射频信号链所需的时间和资源。本文概述了 X-Microwave 平台及其优势，以及入门的分步指南。

　　介绍

　　RF设计的典型原型设计体验包括为信号链中的每个组件购买评估（eval）板，并使用RF布线将电路板串在一起，从而粗略地估算信号链在正确布局后构建在单个生产PCB上的性能。这种方法可能会因评估板较长的PCB走线以及大量的布线和连接器而产生显著的插入损耗。由于每个评估板的特定电压要求，由此产生的原型上线也可能令人沮丧且耗时。RF器件需要具有特定电源轨排序的多个电压的情况也并不少见，如果违反这些电压，可能会损坏元件。仅电源和射频线就可以创建一个老鼠窝，如果任何电路板需要数字控制，事情就会变得更加复杂。如果整个系统在你第一次打开它时不起作用（好像！），调试很快就会退化为耐心和毅力的练习。原型设计是射频工程界众所周知的令人头疼的问题——更快、更轻松、更准确的原型设计解决方案是 X-Microwave 技术。

　　想象一下：您刚刚完成了RF信号链的规划。你走进实验室，拿起零件，在60分钟内在工作台上构建一个原型。您连接单个 12 V直流电源、信号发生器和频谱分析仪，您在第一次通电时，就可以在仿真的分贝内测量类似 PCB 的性能。对放大器的性能不满意？使用六角扳手十分钟，您将其换掉并测试更新的设计。

　　这就是X-Microwave 提供的原型设计体验，X-Microwave 是一个模块化的射频原型平台，无需任何专用工具即可在一小时内轻松构建可修改的信号链。这些信号链由 X-Microwave 模块（可连接的单 IC RF 板）组成，生态系统中有些器件支持高达 60 GHz 的频率。射频连接是由六角螺钉固定的无焊触点，坚固且易于安装。与评估板相比，信号链更易于供电和数字控制，需要单个12 V直流为控制板和树莓派、FPGA 或您选择的其他驱动程序供电。X-Microwave 模块化设计可实现快速信号链编辑，显著缩短调试时间，并保持原型紧凑、干净和便携。

　　X微波解决方案

　　工程师可以使用X-Microwave 获得最终设计单PCB的性能，同时具有评估板的原型制作速度和可修改性。X-Microwave 原型由小型单 IC 模块组成，这些模块可以串在一起以形成信号链。从放大器到混频器、开关、PLL和VCO，X-Microwave 生态系统拥有数千个射频模块，可支持各种完整的信号链。每个单独的RF模块包括单个RF IC，可以是封装部件，也可以是裸片，周围有无源器件，以实现最佳功能和匹配。X-Microwave 特别注意射频布局和设计，以确保器件的性能尽可能接近数据手册规格。在每个RF模块上，接地共面波导走线从IC延伸到模块边缘的发射。RF连接从这些发射到相邻模块使用无焊接地信号接地（GSG）互连。这些互连与连续的PCB走线非常相似，使X-Microwave 原型的整体性能比评估板的大型连接更准确地表示最终系统性能。X-Microwave 的 GSG 跳线连接的每个插入损耗仅为几分贝，随着信号链中元件数量的增加和需要更多互连，X-Microwave 和 SMA 连接评估板之间的插入损耗差异变得更加明显。

　　RF模块一起安装在原型板上，SMA探针块连接到信号链的末端，以使RF信号进出电路板。X-Microwave 还具有可用于封闭射频模块的墙壁和盖子，使您可以模拟腔体效应。

　　安装在原型底部的专用偏置和控制板提供电源和控制信号。每个单独的有源RF X-Microwave 模块都与专用偏置和控制板配对，该板具有提供RF组件所需的稳压、电源排序和数字控制所需的电路。偏置和控制板直接连接到其支撑的射频板下方的原型板底部，通过弹簧销与上方的射频板进行电气连接。由于这些专用模块处理了电源排序和偏置，原型设计人员可以自由地专注于设计中真正重要的事情——RF性能。

　　X-Microwave 原型的行为比一串评估板更像终端设计，随着射频链中元件数量的增加，这种差异变得更加明显。通过使用X-Microwave 原型验证设计，您可以对评估更有信心，最大限度地减少PCB迭代并加快开发过程。

　　整合一切：RF信号链原型设计

　　使用 X-Microwave 创建射频设计类似于设计任何其他射频信号链。为了快速找到您需要的X-Microwave 模块，X-Microwave 具有组件搜索功能，可以按类型、规格和制造商进行过滤。如果您正在查看IC制造商的网站，则X-Microwave 横幅是生态系统支持的零件网页上的典型特征。

　　选择器件后，下一步是仿真建议的信号链。是德科技的 Genesys 软件是一款射频仿真工具，内置了一个包含 X-Microwave 模型的库。这些 X-Microwave 模型模拟 RF X 微波模块从发射到发射的过程，无需解嵌迹线，与解嵌 IC 仿真相比，提高了 X-Microwave 板的仿真精度。广泛的 X-Microwave 库为许多没有直接来自 IC 制造商的 Genesys 模型的部件提供了模型。®

　　在 Genesys 中运行仿真并达到您满意的性能后，是时候转到 X-microwave 的布局工具了，您可以在一个小时内完成整个 RF 布局（包括添加功率！布局工具可以通过X-Microwave 在线访问。RF工程师可以使用布局工具规划原型板上信号链中X微波模块的放置图。放置射频模块后，只需单击一个按钮即可自动添加偏置和控制板。信号链中使用的所有组件都会在右上角的物料清单 （BOM） 中实时更新，您还可以在其中找到导出 CSV 按钮。.csv文件包含一个BOM，当您准备继续订购时，您可以将其发送给X-Microwave 以获取正式报价。

　　除了构成信号链所需的RF模块、偏置和控制板外，您还会注意到BOM上还有一些额外的部件，这些部件需要电气连接和机械安装模块。首先是原型板——它们有两种尺寸出售，32 × 32 和 16 × 16，32 和 16 指的是 X-Microwave 网格单元或板上螺丝孔之间的间距。您还需要 GSG 跳线和锚。GSG跳线是小型，灵活的矩形电路，放置在接壤的RF块的发射口上以形成RF连接。锚点拧入 GSG 跳线，以将它们固定在射频块上并确保连续的电气连接。

　　将外部RF信号源连接到信号链中需要X微波探头。有两种不同的探头可供选择，2.92 mm和1.85 mm，具体取决于所使用的频率。2.92毫米被宣传为通过50 GHz良好，而1.85毫米被宣传为性能高于X-Microwave 的67 GHz测试上限。您还需要螺钉将所有东西连接到原型板上。总共可以使用多达七种不同的螺钉长度，从用于连接偏置和控制板的最短螺钉长度到用于连接顶部盖子的 X-Microwave 壁边缘的最长螺钉长度。最后，连接所有部件所需的工具——用于拧紧螺钉的 1/16 英寸六角扳手和将小东西放在小地方的镊子。一旦您的射频、偏置和控制模块到达，请按照您使用 X-Microwave 在线布局工具制作的地图将您的电路板组合在一起。

　　现在，在测试之前，您只需要为电路板供电并连接数字控制即可。要将电源和数字控制连接到偏置和控制板，AD-FMCXMWBR1-EBZ 桥接板是您的最佳选择。它提供多达 8 条 GPIO 线路、2 条全 SPI 总线（每条总线有 8 条芯片选择线）和 2 条全 I2C 总线。桥接板还提供两种不同的数字控制模式：（1） 直接连接到桥接板的 Raspberry Pi，使用像几行 Python 脚本一样简单的东西驱动链，或者 （2） FPGA，通过桥板上的 FMC 连接器与 X-Microwave 信号链接口，支持在硬件原型的同时开发和测试近生产软件。单 12 V直流连接到桥接板的电源为 X-Microwave 信号链提供七个不同的电压轨，其中三个可通过电位计进行调节。其他一些设置，包括桥板电平转换器，可以使用跳线进行选择。最后，桥接板仅用两根电缆连接到X-Microwave 原型，导致射频实验室工作台上明显没有杂乱无章 - 与香蕉电缆和鳄鱼夹迷宫的通常状态形成鲜明对比。桥接板采用了已经紧凑干净的X-Microwave RF原型，并为数字控制和电源增加了一个优雅的解决方案，使整体最小的硬件解决方案尺寸非常便携，非常适合演示和旅行。展示X-Microwave 原型所需的唯一附加设备是射频源和射频测量工具。

　　干净的实验室工作台和模块化生态系统可实现更快、更高效的调试，让您以更少的麻烦和更少的工程时间投入生产。

　　结论

　　X-Microwave 是解决传统评估板射频原型设计（几乎）所有痛苦的解决方案，传统上，这门艺术所花费的不仅仅是其公平的工程时间和挫折感。X-Microwave 是当今更快、更精确的 60 GHz 原型设计流程，可实现更紧凑、更易于修改的设计，用于简单的信号链调试和实验。X-Microwave 原型与ADI公司的FMC-X-微波桥接板配合使用时也非常便携，只需要一个12 V直流电源供电和Raspberry Pi数字控制，使每个信号链都成为演示，可以放入一个小鞋盒中，并且设置时间比加载幻灯片所需的时间更短。可以理解的是，这种性能水平可能比当前的原型设计实践更昂贵，但除了一次性启动成本外，使用X-Microwave 进行原型设计的成本通常与使用评估板构建系统的成本相当。一些 X-MWblock 实际上比它们的评估板同行更经济，甚至在考虑减少工程时间为您的底线带来的好处之前。

　　审核编辑：郭婷