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从溶洞救险到5G通信,这家射频芯片公司“超越一切可能”
wangying | 2018-08-13 16:13:25    阅读:15648   发布文章

        溶洞救援中的无线挑战

        2018年6月,一支泰国少年足球队在溶洞失踪的消息引发了全球的关注。1名教练带着12名队员进入洞穴探险,洞外不久下起了暴雨,洪水吞没了归路。
       10天后,两名英国潜水员发现了他们,于是泰国政府和包括中国在内的7国救援队展开了千人大救援。在第18天时,足球队成员全部获救。

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                                   图:救援路线(来源:网络)

        在这次救援中,一家半导体公司成为了CNN(美国有线电视新闻网)专题节目中的明星,那就是ADI公司。该公司的射频(RF)芯片——AD9364用于洞内与外界联络的无线手持设备中。        

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        据悉,此次救援的洞穴结构非常复杂,最窄的地方只有40厘米,有很多石头的阻挡。而通信设备一般需要在视距范围内才可以用,溶洞里无法达到视距。一家以色列的初创公司——Maxtech Networks提供的通讯系统,可使无线电设备以菊花链模式连结起来,在一般无线电无法起作用的地方产生无线电传输能力。而此次行动共享了19台小型无线设备,手持通讯设备的电池续航力可达10小时。
        ADI公司的使命是“超越一切可能”,AD9364芯片的表现,可谓这种“超越”的鲜活解读!

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                                                 图:ADI的logo

        RadioVerse品牌/生态系统
        实际上,AD9364隶属于ADI的子品牌——RadioVerse。而RadioVerse是ADI公司2016年推出的宽带射频芯片的品牌/生态系统。在该生态下,有很多厉害的射频芯片!近日,ADI波士顿总部的RadioVerse市场经理翁洁女士来到北京,向媒体介绍了RadioVerse,以及2018年祭出的新平台ADRV9009/9008。

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        据悉,RadioVerse面市两年来,已得到了爆棚的市场反响,吸引了40万的用户访问RadioVerse网站。

        RadioVerse的核心是ADI特有的业界领先的宽带射频收发器,围绕这些芯片,ADI提供了一系列的测试环境和评估的软件工具,包括评估板、软件、驱动,以及ADI自己及和第三方合作推出的参考设计,旨在帮助客户尽快将产品推出市场。

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       ADI RadioVerse品牌的主旨是为了帮助客户解决棘手的无线电难题,涵盖了很多不同的领域。现在的RadioVerse主要产品是宽带射频收发器。其初衷是针对通讯无线基础设施,例如宏基站、小站;之后又衍生到了中继站、IoT(物联网)的网关,包括小站、微站等。
        但是,这些产品推出上市以后,有很多客户用到其他领域,包括关键通信领域,较为典型的应用是无人机。AD9361用在无人机里做无线视频图传,可以传高清视频,一般Wi-Fi传几百米;而用了AD9361方案,视频无线图传可以达到几公里甚至二十公里以上。另外还用在机器人、对讲机,如急救车用的对讲机。
        另外,ADI收发器也可用于测试仪器仪表,包括手持和工厂里用的测试仪器仪表。

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图 RadioVerse定位:跨行业、跨应用的无线通信
        RadioVerse已有六款知名产品,包括9361旗下的系列产品,9361、9363、9364。以色列Maxtech用的通信设备就是采用1×1的9364,是低功耗的宽带收发器,主要应用场合包括无人机的视频图传,还有一些手持的仪器设备,带宽可达56M。还有2016年推出的9371,2017年推出的9375,2018年推出的9009/9008。

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        RadioVerse芯片一览

        2013年ADI推出了第一代9361。2016年,伴随着RadioVerse品牌/生态系统的诞生,ADI祭出了AD9371,这是一款频段更宽,可以覆盖到100MHz,拥有100MHz接收器和250MHz的发射和环回通路。
         目前,ADI的产品能支持覆盖从100MHz到6GHz的频段。因为现在大多数无线频段是集中在6GHz以内,无论是3G、4G、LTE的频段,还是Wi-Fi、2.4G、5.8G等,所以ADI的6G收发器可以满足市场上大多数的通信需求。

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       那么新产品推出以后,ADI还会不会支持老产品?答案是肯定的。因为新老产品针对不同的应用,有的是低功耗,有的是高性能,而此次推出的新产品ADRV9008/9是超大带宽、超高性能。
        新的ADRV9008/9是ADI最新的、也是迄今业界最宽的射频收发器,对2G~5G及所有通信协议通吃,会关注在通信领域、防务领域以及仪器仪表领域的解决方案。

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        这里出现了一个热词——5G,先来看看呼之欲出的5G市场。
        5G对设备商的挑战   
        5G是通信业的下一波热潮,也是半导体业下一个增长驱动力之一。中国将是世界上第一个推广5G的国家,预计2019年中国移动就率先部署5G基础设施,第一步通常是在大城市的热点区域。
        5G对设备运营商(OEM)提出了新的挑战,因为5G技术和4G有很大不同,包括空口技术、编码技术,以及后面的基带等。最直接的挑战是频谱扩展,之前频段一般集中在2GHz、2.7GHz以下,新的5G频段有3.5GHz频段、4.9GHz频段等,因此设备商要提供新的产品来覆盖这些频段。

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        一方面带宽增加,之前的带宽更多是50MHz,最多100MHz。5G因为数据流量大大增加,数据流量要10倍甚至100倍的增长,带宽也要更宽。目前3GPP推出的规格里最宽的带宽达200MHz,这也是为什么ADI的新产品ADRV9009专门支持200MHz带宽。另一方面,通道数也会大大增加,之前宏基站是2×2或者是4×4,现在8×8已经出来了,甚至16×16。
        5G有一个专门的技术叫Massive MIMO。在Massive MIMO场景中就有64×64,甚至128×128。通信商巨头已经有这些Massive MIMO的原型产品了,在MWC(世界移动通信大会)及微波展上都曾展出过。
        这些难题从技术角度对设备商提出了挑战,不但要满足新技术的要求,同时运营商也要求设备商进一步降低尺寸、功耗和成本。因此,需要半导体厂商推出新的解决方案给设备商。
        解决5G与其他G同时发展的难题
        5G在2019年就要部署了,市场份额会越来越高,但是同时那些旧有的通信技术,像2G、3G等并没有因此消失掉,如下图可见4G仍会占很大一部分比重。2G、3G在2020年以前还是会有一定的市场,因此对设备商来说,要求其设备既要支持5G、4G新的协议,同时还要向前支持到旧有的协议,因此客户必须要有各种各样不同的平台,这无疑会增加成本。

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        因此客户需要一个强大的解决方案,用单一平台支持所有的通信协议。ADI的ADRV9008/9正是这一理念下诞生的新产品。
        如何用单一平台支持所有通讯协议?
        众所周知,2G、3G是窄带的,GSM/3G基本上几百kHz,甚至0.5M或5MHz以下的。而LTE和5G需要非常宽的带宽。为此,ADRV9008/9是高度集成的架构,沿用了ADI的零中频的架构(注:从AD9361开始的零中频架构可以提供最低的功耗,因为它是一个高度集成化,所以大大降低了客户的BOM(物料清单)成本,以及缩短了开发和上市时间。ADRV9008/9针对的应用包括通信4G、5G,航天航空以及测试仪表。
         ADRV9008/9的新特性
        相较于前一代产品AD9371,ADRV9008/9的带宽加倍,接收器的带宽从100MHz扩大到200MHz,发射器的带宽从250MHz提高到450MHz,更宽的带宽可以支持更高的数据速率。因此ADI提出“共同平台”的概念,客户用同一款平台可以支持所有的协议,好处是可以大大缩短开发的周期,只要做一款平台开发就可以支持几乎所有的协议。同时,因为ADRV9008/9是高度集成的,所以大大降低了系统功耗和系统的尺寸。
          ADRV9009相比较前一代,增加了很多新的功能,它可以支持多芯片的相位同步,之前芯片的相位同步是需要外部本振来同步,现在ADRV9009可以支持用内部本振进行同步,以大大简化波束成形。波束成形的技术是主要用在5G的Massive MIMO,以及相控阵雷达里面。Massive MIMO有128×128的天线,也有128×128的通道,这些通道需要相位同步,因为ADRV9008/9能够支持内部本振的相位同步,就无需外部的本振和外部的离散器件,所以大大降低了系统的复杂度以及成本和功耗。
        最后一个特色是和AD9371相比,跳频性能得到大幅提高。之前的AD9371的跳频可能是要达到几百毫秒级,ADRV9009跳频在100毫秒以内就可以完成跳频,快速跳频性能主要是针对防务客户,他们需要提高通讯的可靠性和安全性,需要进行快速跳频。“这也是体现出RadioVerse的多样性,不仅仅是为了通信市场开发,也会考虑到其他一些客户需求。”翁洁经理指出。“例如防务和测量仪器仪表”。
        ADRV9008/9的两大应用场景
        *用于TDD的ADRV9009
        下图显示了ADRV9009的框图,它是支持单芯片TDD(时分双工)的芯片。上面只有一个RFLO,它是RX和TX共享一个本振的。为什么该芯片只能用在TDD模式下?因为它的带宽是200M接收带宽和450M的发射带宽,调频范围可以从75MHz~6GHz,覆盖所有的sub-6GHz的频段,功耗在5W以内。另外一个优势是尺寸,尽管性能、功能/带宽都增加了,但是该产品的尺寸和之前的AD9371一样,是12mm×12mm。

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        *针对FDD的ADRV9008
        有客户需要用在FDD(频分多工)的模式下,ADI就有一个双芯片的解决方案,ADRV9008-1/-2,9008-1主要是双接收器的芯片,9008-2是双发射加环回通道的方案。某些客户只需要接收通道,比如监听器只需要接收功能,那么9008-1芯片就足够了。

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        RadioVerse的生态圈
        别看只有六款产品/平台,ADI已精心打造了生态圈。
        下表涵盖了RadioVerse很多不同的应用。其中在中国,ADI也在大力发展RadioVerse的合作伙伴,例如现在中国有合佳兴(HJX)等,他们替ADI的收发器做了很多参考设计,ADI知道中国是收发器一个很重要的市场,中国生态链都非常完整,所以ADI也想发展中国的合作伙伴,因为ADI不但可以帮助他们介绍到中国的客户,甚至可以帮助他们介绍到全球的客户,服务全球的客户。

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图 RadioVerse的生态圈(黄色是9009/9008的生态)

        另外,ADI本身也做了很多软件定义无线电的参考设计。例如针对ADRV9009,在其上市之前就和第三方合作,推出了一些基于9009的参考设计,可以直接应用到生产环节,像之前新产品出来要经过评估阶段、产品开发阶段,通常需要一年到一年半的时间。现在因为ADRV9009上市的时候已经有第三方的参考设计,客户在半年之内就可以将产品上市。

        现在,RadioVerse每次推出一个新产品都不只推出产品本身,都会推出比较完整的生态环境。包括有评估板、母板,还有一些仿真的软件、驱动的软件,这些都能帮助客户更加方便地来评估以及开发产品。

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        另外,JESD204B方案是个深入客户的经典案例。RadioVerse的开发人员在和客户的交流当中发现JESD204B的难题,它是收发器和FPGA之间的高速接口。很多客户反映JESD204B对他们是很困难的方面,他们需要几个月的时间才可以建立JESD204B的链接,所以ADI现在提供一个整套的方案来帮助客户在FPGA上面可以实现JESD204B的链接,可以和ADI的产品高速转换器、收发器以及ADI时钟芯片做链接。客户使用这款软件的解决方案,开发时间从几个月的时间降低到两周,大大简化了开发时间。

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        同时,ADI还和FPGA厂家,诸如Xilinx、英特尔合作,完成了互操作性报告,验证ADI收发器JESD204B和FPGA之间的互相兼容。
        另一个值得称道的ADI解决方案是9009的参考设计RF-SOM。该方案大概要2018年第四季度完成。目前很多客户对这款产品感兴趣,因为这是深入客户做出的案例。
        具体地,9009一个很大的用途是用在多芯片波束成形相位同步上,以下这个参考设计就是可以最多扩展到4个ADRV9009,8×8的通道。这款参考设计RF-S0M是一个模块化的系统,包括9009相位同步加上FPGA,加上通用的外围接口电路,比如USB3.0以及PCIe的接口,这就是软件定义无线电的参考设计,完全由ADI自主完成,ADI还会将驱动代码开源在网上。不但可以作为评估和原型的产品还可以用在最后的生产当中做产品,可以用到通信、雷达以及测试仪表里。

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        同时,ADI跟客户讨论后,发现越来越多的客户希望专注于软件开发、上层应用开发,他们希望把精力、资源投入到上层应用开发当中,这是给他们带来最大的价值,他们希望减轻硬件的开发,这是为什么ADI推出这样一款产品,它可以让客户简化硬件开发流程,专注于他们期望的领域。
        小结
        RadioVerse在扩展生态领域。

        2018年ADI带来了新产品ADRV9008/9,是针对于通信、防务和测试仪器仪表的一款产品。最大的特点是能够支持2G、3G、4G、5G,满足所有的通信协议,同时可以支持多芯片相位合成,用在Massive MIMO和相控阵领域,以及手持仪器仪表领域。

       未来,ADI希望把RadioVerse建成一个平台,不但可以连接ADI和客户,还可以连接ADI的合作伙伴和客户,以及ADI内部的各种不同技术。       

         在问答环节,电子产品世界记者了解到,目前ADI所推出的所有收发器产品的工艺都是65nm的CMOS。
        从挽救生命到改善人们的生活,凭借单一制造工艺和产品平台,这家公司不断创造,使人又想起这句口号:超越一切可能。

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