ADVERTISE SUBSCRIBE TECHNICAL ARTICLES EVENTS ETNdigi ABOUT USCONTACT
Oct 29/9 30/9 # Rohde supersquare
6/2-15/5 # Period: start idag om möjligt 6/2—15/5 egen prenannons, över- och  underdeldel

ETNtv

Watch ECF videos

 
ECF22 videos
  • Antti Tolvanen, Etteplan
  • Timo Poikonen, congatec
  • Kimmo Järvinen, Ziphera
  • Sigurd Hellesvik, Nordic Semiconductor
  • Hans Andersson, Acal BFi
  • Andrea J. Beuter, Real-Time Systems
  • Ronald Singh, Digi International
  • Pertti Jalasvirta, CyberWatch Finland
ECF19 videos
  • Julius Kaluzevicius, Rutronik.com
  • Carsten Kindler, Altium
  • Tino Pyssysalo, Qt Company
  • Timo Poikonen, congatec
  • Wolfgang Meier, Data-Modul
  • Ronald Singh, Digi International
  • Bobby Vale, Advantech
  • Antti Tolvanen, Etteplan
  • Zach Shelby, Arm VP of Developers
ECF18 videos
  • Jaakko Ala-Paavola, Etteplan CTO
  • Heikki Ailisto, VTT
  • Lauri Koskinen, Minima Processor CTO
  • Tim Jensen, Avnet Integrated
  • Antti Löytynoja, Mathworks
  • Ilmari Veijola, Siemens

logotypen

 2022  # square  (4)
TMSNet  advertisement
ETNdigi
Mar Apr May Jun # Farnell sajt skyskrapa
Mar 1-9/4 # Ansys sajt
A la carte
AUTOMATION DEVICES EMBEDDED NETWORKS TEST&MEASUREMENT SOFTWARE POWER BUSINESS NEW PRODUCTS
ADVERTISE SUBSCRIBE TECHNICAL ARTICLES EVENTS ETNdigi ABOUT US CONTACT
Tweet

TECHNICAL ARTICLES

Ohjelmistoradio syntyy kätevästi kehitysalustalla

Tietoja
Kirjoittanut Veijo Ojanperä
Julkaistu: 12.08.2016
  • Suunnittelu & ohjelmointi

Aiemmin lähinnä sotilas- ja satelliittitekniikan reaalisovelluksiin edennyt ohjelmistoradiotekniikka SDR yleistyy tulevaisuudessa muissakin langattomissa järjestelmissä kuten kännykkä- ja IoT-sovelluksissa. Puolijohdetekniikan vahva kehitystyö on tuonut suunnittelijoiden avuksi uusia tehokkaita työkaluja. Softaradio syntyy kätevästi helppokäyttöisellä kehitysalustalla.

Artikkelin ovat kirjoittaneet Avnet Silican Andreas Schugens ja Analog Devicesin Neha Baheti. Schugens toimii Avnet Memec-Silican liiketoiminnan kehitysjohtajana. Hän on saanut biolääketieteellisen insinöörikoulutuksen ja toiminut useiden lääketieteellisten yritysten ja autoteollisuuden palveluksessa. Hän siirtyi puolijohdealalle vuonna 2007 ja tuli Silican palvelukseen vuonna 2010. Neha Baheti puolestaan tuli vuonna 2015 Analog Devicesiin sovellusinsinööriksi hoitamaan yhtiön nopeiden datamuuntimien ja RF-ratkaisujen teknistä asiakastukea. Toimeen kuuluu seminaarien ja suunnittelutuen järjestämistä asiakkaille sekä laajojen markkinointikampanjoiden järjestämistä EMEA-alueella (Europe, Middle East, Africa). Hänellä on tutkinto tietoliikennetekniikassa. Ennen ADI:n palvelukseen tuloa hän työskenteli mm. 5G-järjestelmien fysikaalisen kerroksen tutkimustyön parissa Nokia Networksissa Münchenissa.

Pääasiassa ohjelmiston kautta määritellyistä laitealustoista on jo kasvava määrä reaalimaailman sovellusesimerkkejä. Hyvä esimerkki on ohjelmoitavia logiikkapiirejä hyödyntävä FPGA-laitealusta. Samalla periaatteella toimii myös idea ohjelmistopohjaisesta radiosta. SDR-konsepti (Software Defined Radio) on määritelty IEEE P1900.1-työryhmässä ’radioksi, jossa kaikki tai osa fyysisen kerroksen toiminnoista on määritelty ohjelmallisesti’.

Vaikka teollisuudessa on kehitetty SDR-ratkaisuja jo toistakymmentä vuotta, todellinen tarve ohjelmistoradion laajaan soveltamiseen on syntynyt vasta hiljattain. Viime vuosina on syntynyt nopeasti kasvava joukko erilaisia radiopohjaisia laitteita, jotka soveltavat yhä kirjavampaa joukkoa protokollia, taajuuksia, kaistaleveyksiä ja modulaatiotekniikoita. Vaikka saattaa vaikuttaa siltä, että tarve uusiin radiolaitteisiin liittyvien haasteiden ratkaisemiseen SDR-pohjalta on jo ajanut teknologian kehityksen ohi, todellisuudessa ohjelmistoradion teknologia on kaiken aikaa kehittynyt rinta rinnan tämän kysynnän kanssa – tai jopa sen edellä.

Ohjelmisto tuo joustavuutta

Perinteinen radiotekniikka perustuu laitteistoon, joka on ”viritetty” vain kutakin erityistä toteutusta varten. Sen sijaan ohjelmistoradio hyödyntää yhtä joustavaa laitteistoa, joka pystyy toimimaan miltei rajattomasti kaikilla mahdollisilla taajuusalueilla ja hyödyntämään kaikkia tarvittavia protokollia ja modulaatiotekniikoita. Avain tähän RF-teknologian ihmelääkkeeseen on nopea siirtyminen analogisen ja digitaalisen tason välillä, jolloin valtaosa järjestelmän signaalinkäsittelystä voidaan hoitaa digitaalisella tasolla ohjelmallisesti ohjattuna, mihin myös termi SDR viittaa.

Tämän käsittelyprosessin vaatima valtava nopeus lienee ollut aiemmin suurin rajoittava tekijä käytännön toteutuksille. Integroitujen sekasignaalipiirien ja yhä nopeampien digitaalipiirien jatkuva kehitystyö on kuitenkin tehnyt ajatuksen teknologian aiheuttamista rajoituksista jo vanhentuneeksi väärinkäsitykseksi.

Antennitekniikan lisäksi tehokas SDR-ratkaisu vaatii kolme keskeistä tekijää: muunnos analogisesta digitaaliseen tasoon, syntyvien signaalien digitaalinen käsittely sekä muunnos digitaalisesta tasosta takaisin analogiseen tasoon. Vaikka tämä saattaa vaikuttaa melko yksinkertaiselta, on suunnittelijoiden yllettävä huippuosaamiseen kullakin näistä osa-alueista, jotka yhdessä määräävät ohjelmistoradioalustan kokonaistehokkuuden.

Tämä tuo tietysti kehitystyöhön omat haasteensa, ja siksi SDR-konseptin käyttöönotto on edennyt nopeimmin muutamilla erityisillä sovellusalueilla, joilla on todistettavasti saavutettu jo myönteisiä tuloksia. Näitä ovat esimerkiksi sotilaslaitteiden, matkapuhelinverkkojen ja satelliittijärjestelmien modeemitekniikat. Mutta SDR-teknologian mahdollisuuksia muilla sovellusalueilla, kuten IoT-järjestelmissä, ei pidä sivuuttaa tai väheksyä. Valmistajat kehittävät jatkuvasti uusia ratkaisuja, jotka tarjoavat entistä enemmän toiminnallisuuksia yhä pienemmin kustannuksin, mikä on koko puolijohdeteollisuutta eteenpäin ajava voima.

Jotta tämän kehityksen jatkumista voidaan edesauttaa, alan johtavat yritykset tarjoavat entistä helpomman pääsyn omiin teknologioihinsa kehittämällä yhteistyössä avoimia alustoja ja standardoituja rakenteita. Näitä ratkaisuja tukevat yhtenäisin tavoin lukuisat eri valmistajat tarjoamalla riittävästi tukipalveluja ja teknisiä resursseja.

Edistyneitä lähetin-vastaanottimia

Käsittelemällä SDR-konseptin avaintekijöitä erikseen mutta johdonmukaisesti puolijohdepiirien valmistajat Xilinx ja Analog Devices ovat onnistuneet luomaan rakenteeltaan modulaarisen, täydellisen ratkaisun SDR-järjestelmien kehittämiseen ja evaluointiin. Kehitysalusta pohjautuu ADI:n FMC-tytärkorttiin (FPGA Mezzanine Connector). Tämä moduuli (AD-FMCOMMS2-EBZ) perustuu lähetin-vastaanotinpiiriin AD9361, joka on toiminnoiltaan erityisen joustava. Moduulin on tarkoitus tarjota RF-alusta kaikille radiojärjestelmille 2,4 GHz taajuusalueella. Näitä ovat esimerkiksi jo vakiintuneet Bluetooth, ZigBee ja WiFi sekä uudet nousevat RF-tekniikat kuten Thread ja muut omia protokolliaan samalla ISM-kaistalla hyödyntävät järjestelmät. Tämä on mahdollista moduuliin sijoitetun 2,45 gigahertsin symmetrointielimen (balun) ansiosta, joka ADI:n mukaan voidaan tarpeen vaatiessa myös vaihtaa toisen tyyppiseksi.

Kehitysalusta on tarkoitettu ensisijaisesti laitepuolen ja RF-piirien suunnittelijoille, mutta sen ’sisarkortti’ (AD-FMCOMMS3-EBZ) soveltuu valmistajan mukaan paremmin ohjelmistonkehittäjille. Molemmat ovat sinänsä ominaisuuksiltaan hyvin samankaltaisia. Suurin ero on siinä, että sisarkortin RX/TX-lohkossa sovelletaan differentiaalisia signaaleja yksinapaisiksi (epäsymmetrisiksi) muuntavaa symmetrointielintä, joka tekee siitä helpommin sovellettavan laajoja taajuudensäätöalueita vaativiin kohteisiin (kuva 1).

Kuva 1: HDL-laitekaavio sisältää kaikki IP-lohkot, jotka tarvitaan datan siirtämiseksi AD9361-lähetin-vastaanottimelle ja takaisin SDR-kehtiysalustaksi tarkoitetulla AD-FMCOMMS3-EBZ-kortilla.

AD9361-piirin lisäksi kehityskortit sisältävät joitakin ADI:n tehopiirejä. ADP1755 on vähäisen jännitepudotuksen omaava (LDO) lineaariregulaattori, ADP7104 on 500 milliampeerin tarkkuusregulaattori ja ADP190 on yläpuolisen kuorman kytkentään tarkoitettu MOSFET-tehokytkin. Kaikki kortin tarvitsema teho on tarkoitettu syötettäväksi moduuliin liitetystä FPGA-levystä FMC-liittimen kautta, joka välittää myös SPI- ja ohjaus/valvontasignaalit.

Pääkomponentti AD9361 integroi datapolun. Vastaanottopolku tukee kahta suoramuunnosta RF-vastaanottokanaville. Datapolku käsittää pienikohinaisen vahvistimen (LNA), demodulaattorin, alipäästösuotimen (LPF), AD-muuntimen ja digitaaliset suotimet. Lisäksi siihen kuuluvat automaattinen vahvistuksen säätö (AGC), kvadratuurikalibrointi ja DC-offsetin kalibrointi. Piiriin on integroitu jatkuvatoiminen, sigma-delta-tyyppinen AD-muunnin, joka yltää 640 meganäytteen sekuntinopeuteen.

Myös lähetyspuoli tukee kahta suoramuunnosta RF-kanaville kahden täysin integroidun taajuussynteesilohkon avulla (silmukkasuotimet mukana). Lisäksi lähetyspuolella on 320 meganäytteen sekuntinopeuteen yltävä DA-muunnin sekä digitaalisuotimet, jotka tarjoavat 128 suodinkerrointa ja interpoloinnin välillä 2-48 (kuva 2).

Kuva 2: AD9361 on integroitu 2x2-muotoinen lähetin-vastaanotin, joka kattaa taajuusalueen 70 MHz – 6 GHz.

Tämä joustava suorituskykyinen mikropiiri on mukana ADI:n kehityskortilla AD-FMCOMMS2-EBZ, joka tarjoaa saumattoman yhteyden Xilinxin FPGA-kehitysympäristöön ja helpottaa näin SDR-prototyyppien ja -järjestelmien nopeaa kehitystyötä.

FPGA-laskentatehoa

AD-FMCOMMS2/3-EBZ-moduulit on suunniteltu käytettäväksi liitettyinä FPGA-pohjakorttiin, joka täyttää kaikki digitaalisen prosessoinnin tarpeet SDR-järjestelmän toteuttamiseksi. Moduulit on erityisesti suunniteltu liitettäviksi Xilinxin kehittämään evaluointijärjestelmään Virtex-7 FPGA VC707. Kyseessä on joustava, kaikki toiminnot kattava ja erittäin nopea sarjamuotoinen kehitysalusta, joka perustuu yhtiön kehittämään pohjakorttiin Virtex-7 XC7VX485T-2FFG1761C (kuva 3).

Kuva 3: Xilinxin evaluointialusta Virtex-7 FPGA VC707.

Evaluointialusta sisältää piirikortin lisäksi suunnittelutyökalut täydellisenä pakettina (Vivado Design Suite: Design Edition) sekä tarvittavat IP-lohkot. Kortilla on kaksi FMC-liitintä (FPGA Mezzanine Connector), joiden avulla pohjakorttia voidaan laajentaa ja räätälöidä tytärkorteilla (esim. AD-FMCOMMS2/3-EBZ). FMC1-HPC-liitin tarjoaa 160 yksinapaista/80 differentiaalista liitäntää ja FMC2-liitin vastaavasti 116/58 liitäntää. Siinä on myös HDMI-videolähtö sekä liitännät 2x16-kokoiselle nestekidenäytölle ja kahdeksalle ledille.

Evaluointikortin kytkentänopeus yltää 40 gigabittiin sekunnissa. Muistiliitäntä puolestaan kykenee toimimaan yhden gigatavun kokoisen DDR3 SODIM -muistin kanssa enimmillään 800 MHz/1600 Mb/s nopeudella. Sarjamuotoista liikennettä hoitavat PCIe Gen2x8-, SFP+-, SMA-, UART- ja IIC-liitännät. Kortilla käytettävät FPGA-piirit tukevat myös Xilinxin 32-bittiseen RISC-arkkitehtuuriin perustuvia MicroBlaze-prosessorilohkoja. Kehitysalustaa voidaan käyttää sovelluksiin, jotka hyödyntävät 10-100-1000 Mb/s Ethernet-verkkoja (GMII, RGMII ja SGMII).

Eriasteisia SDR-ratkaisuja

Ohjelmistoradiotekniikan tärkein yhteistyöelin on Wireless Innovation Forum (vuoteen 2009 asti SDR Forum), joka on alan epäkaupallinen kehitysyhteisö. Sen tavoitteena on tukea vahvasti SDR-teknologian käyttöönottoa eriasteisina konsepteina. Näitä ovat esimerkiksi adaptiivinen radio, kognitiivinen radio ja älykäs radio.

Adaptiivinen radio on järjestelmä, joka kykenee sopeutumaan vaihtuviin oloihin valvomalla ja muuttamalla omaa suorituskykyään. Kognitiivinen radio puolestaan osaa havainnoida omaa RF-ympäristöään ja tehdä päätöksiä tämän informaation perusteella. Älykäs radio taas määritellään kognitiiviseksi radiojärjestelmäksi, joka kykenee ympäristötietoisuuden lisäksi oppimaan.

Vaikka ohjelmistoradioon liittyviä tekniikoita on tutkittu ja kehitetty jo suhteellisen pitkään, SDR on kaikkea muuta kuin taantumassa. Markkinoiden luoma kasvava kysyntä ja alueen nopea tekninen kehitys takaavat käyttöönoton yleistymisen myös tulevaisuudessa. Konseptin taustalla vahvasti etenevä puolijohde- ja laitevalmistajien kehitystyö, josta tässäkin artikkelissa on hyviä esimerkkejä, takaa sen, että SDR-teknologian käyttöönotto kaikenlaisissa radiotekniikkaa soveltavissa järjestelmissä on entistä helpompaa myös uusille soveltajille.

back to top
MORE NEWS

Vuoden teknologiajohtajat Wärtsilästä ja kvanttitietokoneyrityksestä

Suomalaisista teknologiavaikuttajista koostuva tuomaristo valitsi vuoden 2023 teknologiajohtajiksi Wärtsilän Juha Kytölän (kuvassa) ja IQM Quantum Computersin Kuan Yen Tanin. Vuoden 2023 innovaatioprofessorin palkinto myönnettiin Tampereen yliopiston Mircea Guinalle.

Tekoäly tulee perustason valvontakameraan

Piilaaksosta ponnistava Arbarella on jo saanut nimeä energiatehokkaista kuvantamispiireistään, joilla voidaan ajaa myös koneoppimismalleja. Yhtiön uusin tulokas on CV72S-järjestelmäpiiri, joka tuo tekoälyn myös perustason valvontakameroihin.

Oskilloskooppitietoa ilmaiseksi

Kuinka käytetään oskilloskoopin mittapäitä? Mikä on paras tapa suunnitella tehoelektroniikan suotimet? Miten virranlaatu vaikuttaa signaalin eheyteen? Mitä työkaluja voidaan käyttää virheenkorjaukseen? Nämä ja paljon muuta selviävät huhtikuussa Rohde & Schwarzin ilmaisissa Oscilloscope Days -virtuaalitapahtumassa.

Silicon Labs kutisti Bluetooth-radion

Teksasilainen Silicon Labs on esitellyt kaksi uutta piiriperhettä, jotka on suunniteltu markkinoiden pienimpien IoT-laitteiden toteutukseen. Uutuudet ovat xG27-radiopiiri ja BB50-mikro-ohjainyksikkö. Sirujen koot vaihtelevat kahdesta neliömillistä viiteen.

CanSat-tölkkisatelliitteja kilometrin korkeuteen

ESERO Finland ja Tiedekeskus Heureka järjestävät nuorille suunnatun CanSat-kilpailun, jossa lähetetään tölkkisatelliitteja pienoiskantoraketin kyydissä ensimmäistä kertaa kilometrin korkeuteen. CanSat on juomatölkkiin koottu täysin toimiva satelliitin pienoismalli, joka yläilmoissa kerää tutkimuksellista havaintotietoa ilmakehän ilmiöistä.

Ohjaa Raspberry Pi -korttia ajatuksen voimalla

Lontoolaisen Imperial Collegen tutkimusassistentti Ildar Rakhmatulin on työstänyt Raspberry Pi -korttiin lisäosan, jonka avulla korttia voidaan käyttää EEG-mittaukseen. Kovimmissa visioissa suosittua Pi-korttia voidaan käyttää laitteiden ohjaamiseen ajatuksen voimalla.

Nämä kiintolevyt pettävät useimmin

Uudessa läppärissä data tallennetaan jo pääosin flash-piireihin perustuville SSD-levyille, mutta esimerkiksi varmuuskopioinnissa tai edullisemmassa lisätallennustilassa perinteinen mekaaninen HDD-levy on edelleen suosittu. Mutta ovatko ne kestäviä? Uusimman selvityksen mukaan levyissä on selviä eroja ja osa pettää selvästi muita useammin.

Yhä tarkempi ohjaus kännykkälataamiseen

Navitas Semiconductor tunnetaan huippunopeiden galliumnitridi-pohjaisten laturipiirien kehittäjänä. Yhtiö on nyt esitellyt APEC 2023 -tapahtumassa uuden ohjainpiiriperheen GaNSense Control -sarjaan. Ne lisäävät latauspiirien suorituskykyä ja nostavat laitteiston integrointiastetta entisestään.

Valmis työkalupaketti RISC-V-kehitykseen

Yksi viime viikon Embedded World -messujen kuumia puheenaiheita oli avoin RISC-V-arkkitehtuuri ja sen kasvava tarjonta sulautetuissa sovelluksissa. Kehitystyökaluja tarjoava Imperas esitteli messuilla paketin, jolla voidaan kehittää RISC-V-pohjainen suunnittelu konseptista piille.

100 wattia useasta portista

Latureista tulee yhä tehokkaampia ja monikäyttöisempiä. Sandiegolainen Silanna Semiconductor on nyt esitellyt laitevalmistajille referenssialustan, jonka avulla voidaan ensimmäistä kertaa suunnitella moniporttisia 100 watin USB-latureita.

 2022  # mobilbox
TMSNet  advertisement
6/2—15/5 # egenannons mobilbox ecf
Mar Apr May Jun # Rohde mobilbox
Mar Apr May Jun  # Farnell  mobilbox f skyskrapa
Mar 1-9/4 # Ansys sajt

© Elektroniikkalehti

 
 

TECHNICAL ARTICLES

Valitse langaton teknologia oikein - osa 1

Nykyisin on käytössä useita erilaisia langattoman tiedonsiirron standardeja ja protokollia, jolloin saattaa olla vaikea valita oikeanlainen, tiettyyn sovellukseen soveltuva teknologia. Tässä artikkelissa tuodaan esiin eräitä tärkeimpiä kriteerejä, joita on syytä ottaa tarkastelun kohteeksi, kun valittavana on neljä suosittua vaihtoehtoa: Wi-Fi, Bluetooth Low Energy, valmistajakohtainen RF-tekniikka ja Connectivity Standards Alliancen protokolla Green Power.

Lue lisää...

OPINION

Poliitikot eivät kykene ratkaisemaan autoalan verotusta

Autoalan tiedotuskeskus järjesti tänään Nollasta sataan -paneelikeskustelun, jossa poliitikot keskustelivat sekä liikenteen päästöistä että sen verottamisesta. Paneeli osoitti ennen kaikkea, että poliitikoilla tulee olemaan suuria vaikeuksia laatia kestäviä, tasapuolisia ja järkeviä ratkaisuja ongelmiin.

Lue lisää...

LATEST NEWS

  • Vuoden teknologiajohtajat Wärtsilästä ja kvanttitietokoneyrityksestä
  • Tekoäly tulee perustason valvontakameraan
  • Oskilloskooppitietoa ilmaiseksi
  • Silicon Labs kutisti Bluetooth-radion
  • CanSat-tölkkisatelliitteja kilometrin korkeuteen

NEW PRODUCTS

  • Lähes gigatavu sekunnissa muistikorteille
  • 65 watin laturiproto nopeasti
  • Intelin ARC-näytönohjaimen saa nyt Rutronikilta
  • Sovellus lataa sähköauton automaattisesti halvimmalla sähkönhinnalla
  • Farnellilta nyt tekoälyä verkon reunalle
 

NEWSFLASH

twitter
ETN_fi @ETN_fi
ETN_fi RT @joeprkns: Last night I used GPT-4 to write code for 5 micro services for a new product. A (very good) dev quoted £5k and 2 weeks. G…
maalis 17 • reply • retweet • favorite
ETN_fi This is why Nokia lost the game in mobile phones - an insiders view https://t.co/NB5Wndkx5p
joulu 12 • reply • retweet • favorite
ETN_fi @OnePlus_FI lahjoittaa Pelastusarmeijalle 50 puhelinta jouluapuun. Iso- Britanniassa samanlainen lahjoitus tehdään… https://t.co/LKdl2Pywie
joulu 07 • reply • retweet • favorite
ETN_fi Finnish PM Sanna Marin: We need to cut our dependence on China. https://t.co/598gQXKvlj #Slush2022 #China #electronics #semiconductors
marras 17 • reply • retweet • favorite
ETN_fi https://t.co/ugg6A09vln Need cm level accuracy in your positioning device? Now you can explore this with #ublox two… https://t.co/5rQNxsAu5V
loka 07 • reply • retweet • favorite
web design services
 

Section Tapet