软件定义无线电硬件的组件

已创建：September 11, 2020
已更新：July 1, 2024

想要监听国际空间站的无线电传输并收集其数据吗？构建一个软件定义的无线电硬件系统。

如果你想同时监听卫星广播、连接到智能家居系统、检查GPS位置、上网以及接收FM无线电信号，你不需要一个带有多个收发器的无线电。软件定义无线电是一种设计方法，它将射频设计的负担从硬件设计师转移到软件开发者，为新的射频系统提供了更多的灵活性。

软件定义无线电并不适合每个人，也并非如此推广。这一概念及其支持的硬件已被开源社区所接受。软件定义无线电主要应用于军事领域，他们大量使用适应性频率跳变无线电解决方案。随着许多较新的物联网设备可能需要多种无线协议，软件定义无线电提供了一种简单的方式，可以在不增加设备占用空间或复杂化布局的情况下，通过多个射频带进行通信。

软件定义无线电的价值

仅为了说明软件定义无线电可能提供的价值，我将简要讨论一个最近为客户进行的项目。我们最近为一个测试和测量系统设计的板子包含了五个（是的，五个）无线收发器单元，它们都在不同的协议和不同的模块上操作。尽管提出了软件定义无线电作为一种解决方案，但客户由于多种原因坚持他们的要求。

在这个独特的案例中，软件定义无线电的价值在许多其他情况下同样适用；它允许设计师将多个协议整合到单个收发器单元中。在我上面提到的板子中，大部分板空间被电机组件和一个大触摸屏占据，因此推动使用软件定义无线电似乎意义不大。然而，有一些常见的用例证明了在新产品中构建软件定义无线电的合理性：

多协议。 这一点很明显，但仍值得进一步阐述。软件定义无线电让你在单个组件中访问多个频段，而不增加部件数量。

节省板空间。 通过使用软件定义无线电，你可以消除一个或多个专用于其他协议的收发器。这为可以支持其他功能的组件节省了板空间。

主要协议与次要协议。 使用软件定义无线电，你可以根据需要访问额外的协议，而无需为另一个芯片组分配空间。

窃听。 无论你是想要窃听未加密的通信，还是想要防止窃听，软件定义无线电都使两者成为可能。特别是，使用软件定义无线电很容易实现频率跳变无线电。

集成了无线收发器的MCU SoC最近已经朝这个方向发展。一些产品线集成了像WiFi或蓝牙这样的流行协议，但我还没有看到为其他不那么常用的协议集成收发器的芯片。这部分是供需问题；这些组件主要针对消费产品，因此可以大规模生产。此外，由于无线领域大部分运行在这两种协议（加上蜂窝）上，将它们作为集成到SoC的目标是有意义的。我们不能把蜂窝网络排除在外；一些组件特别标榜支持3G和4G蜂窝网络以及其他频段（见下文）。

这导致在设计生产级组件的软件定义无线电时涉及的主要权衡：更高的成本。这些组件的生产量仍然低于它们的SoC对应物和其他RF收发器，这些收发器专用于特定频段，因此这些组件的价格更高以覆盖成本。然而，节省的板空间和灵活性可能会大大超过组件成本。

软件定义无线电组件选项

您需要为软件定义无线电系统选择的主要组件是收发器IC。这些组件具有标准接口和一些其他功能，使它们非常适合集成到其他无线产品中。您需要某种嵌入式处理器来运行您的代码，但您选择的MCU/FPGA/其他处理器取决于您将使用的收发器设置。

以下是您下一个软件定义无线电系统的一些选项。

Analog Devices, AD9361

Analog Devices的AD9361是一个高度集成的宽带收发器解决方案，支持软件定义无线电硬件。该产品针对军事用途以及3G和4G基站进行市场推广，但它支持从70 MHz到6 GHz的其他频段，具有FDD或TDD操作。集成的分数PLL提供极其准确的步进尺寸，最小可达2.5 Hz，以及可调的信道带宽

评估板布局显示AD9361可编程2×2集成收发器的方框图。[来源：Analog Devices产品简介]

Analog Devices的RadioVerse系列其他组件包括AD936X系列的其他收发器和AD9375。后者旨在为智能手机制造商和电信公司提供一种从4G过渡到5G NR的简便方式，而无需更换手持设备。Analog Devices生产了迄今为止集成度最高的软件定义无线电收发器。除了这个组件及其变体外，开始开发软件定义无线电的另一种方式是选择宽带合成器和接收器。

Maxim Integrated, MAX2150

Maxim Integrated的MAX2150是一个精简的宽带合成器，用于软件定义无线电和其他射频应用。这个特定的组件针对的应用范围从700 MHz到2300 MHz，提供了广泛的频谱范围。作为基于分数PLL的精密合成器，当使用10 MHz参考时钟时，它提供低于0.05 Hz的分辨率。该组件还包括一个输出驱动放大器，这消除了除非需要非常远的范围外，否则使用外部射频放大器的需求。