【導讀】對於RF設計
，典型的原型製作經驗是這樣的：為信號鏈中的每個元器件購買評估板，使用RF線纜將這些板串在一起，粗略估計適當布局的信號鏈要是構建在單個生產PCB上會有怎樣的性能。由於評估板PCBzouxianjiaochang，bingqieshejidaodaliangbuxianhelianjieqi，yincizhezhongfangfahuichanshengxiangdangdadecharusunhao。youcidedaodeyuanxingshangxianceshiguochengyekenenglingrenjusangqiehaoshi，yinweimeigepinggubandouyoutedingdedianyayaoqiu。RF器件需要多個具有特定電源軌上電時序電壓的情況也很常見，如果違反時序要求，器件可能會損壞。單單電源和RF線xian就jiu可ke能neng造zao成cheng巨ju大da麻ma煩fan，如ru有you電dian路lu板ban需xu要yao數shu字zi控kong製zhi，事shi情qing會hui變bian得de更geng加jia複fu雜za。如ru果guo整zheng個ge係xi統tong在zai首shou次ci開kai啟qi時shi沒mei能neng像xiang預yu期qi的de那na樣yang正zheng常chang工gong作zuo，那na麼me調tiao試shi很hen快kuai就jiu會hui變bian成cheng耐nai心xin和he毅yi力li的de磨mo煉lian。原yuan型xing設she計ji是shiRF工程界眾所周知的一個令人頭疼的問題，然而更快速
、更簡單、更準確的原型解決方案則是使用ADI的X-Microwave。

想象如下場景：您剛剛完成了RF信號鏈的規劃。走進實驗室，拿起零件，在60分鍾內就在工作台上製作出原型。您連接一個12VDC電源、信號發生器和頻譜分析儀，首次通電後，就測量到類似PCB的性能
，與仿真的差異在1dB以內。對放大器的性能不滿意
？用內六角扳手花10分鍾就能換一個放大器，然後測試更新後的設計。

圖1.一個完整的X-Microwave原型

，包括電源和數字控製，由FMC-XMW橋接板、X-Microwave信號鏈和Raspberry Pi組成。

這就是ADI的X-Microwave提供的原型製作體驗，它是一種模塊化RF原型製作平台
，不到一個小時就能輕鬆構建可修改的信號鏈
，無需任何專用工具。這些信號鏈由X-Microwave模塊（可連接的單IC RF板）組成

，其生態係統中的器件支持高達60GHz的頻率。RF連接處（即由六角螺釘固定的無焊觸點）穩定且易於安裝。與評估板相比，該信號鏈的供電和數字控製要容易得多，控製板需要一個12VDC電源
，驅動器可以是Raspberry Pi
、FPGA或您選擇的其他驅動器。X-Microwave模塊化設計可實現快速信號鏈編輯，大幅縮短調試時間
，並使原型保持緊湊
、幹淨和便攜。

X-Microwave解決方案

工程師可以利用ADI的X-Microwave獲得最終設計單PCB的性能，而原型製作的速度和可修改性則與評估板相當。X-Microwave原型由小型單IC模塊組成，這些模塊可以串在一起形成信號鏈。從放大器到混頻器
、開關、PLL和VCO
，X-Microwave生態係統擁有成千上萬的RF模塊，可支持各種完整的信號鏈。每個RF模塊由單個RF IC（封裝器件或裸片）和實現最佳功能與匹配所需的周圍無源元件組成。X-Microwave特別注意RF布局和設計

，以確保器件性能盡可能接近數據手冊中的規格。在每個RF模塊上，接地的共麵波導走線從IC延伸到模塊邊緣上的測試接頭。在這些測試接頭與相鄰模塊之間使用無焊接地-信號-接地(GSG)互連實現RF連接。這些互連非常類似於連續PCB走線
，與評估板的大連接相比，X-Microwave原型的整體性能可以更準確地反映最終係統性能。X-Microwave的每個GSG跳線連接的插入損耗隻有幾分之一dB，隨著信號鏈中器件數量的增加和所需互連的增多
，X-Microwave和SMA鏈接的評估板之間的插入損耗差異會變得更加明顯。

圖2.X-Microwave信號鏈

RF模塊一起安裝在原型板上，SMA探頭模塊連接到信號鏈的末端
，以使RF信號輸入和輸出電路板。X-Microwave還有用於封閉RF模塊的板壁和蓋片
，支持用戶模擬空腔效應。

圖3.一個偏置和控製模塊（底部）連接到一個RF模塊（頂部）。未顯示原型板。

安裝在原型板底部的專用偏置和控製板提供電源和控製信號。每個有源RF X-Microwave模塊與專用的偏置和控製板配對，後者具有所需的電路來提供RF器件需要的穩定電壓、上電時序和數字控製。偏置和控製板安裝到原型板的底部
，位於其所支撐的RF板正下方，通過彈簧銷與上麵的RF板進行電氣連接。上電時序和偏置由這些專用模塊處理，原型設計人員可以專注於設計中真正重要的事情——RF性能。

X-Microwave原型的表現與最終設計更相似，而不是類似於一串評估板，並且隨著RF鏈中器件數量的增加
，這種差異變得更加明顯。利用X-Microwave原型驗證設計後，您可以更有信心地開展評估工作，最大限度地減少PCB迭代次數
，加快開發過程。

全部連接起來：RF信號鏈原型製作

使用ADI的X-Microwave創建RF設計類似於設計任何其他RF信號鏈。為了快速找到所需要的X-Microwave模塊，X-Microwave提供了器件搜索功能，您可以按照類型、規格和製造商進行篩選。如果您正在瀏覽IC製造商的網站，X-Microwave生態係統支持的器件的網頁上通常會顯示X-Microwave橫幅。

圖4.HMC8402-DIE網頁上的X-Microwave橫幅

圖5.X-Microwave的參數搜索功能示例，按製造商排序

圖6.Genesys器件選擇器中的X-Microwave庫示例，器件可通過RF IC產品型號搜索

一旦選定了器件，下一步便是對建議的信號鏈進行仿真。Keysight的Genesys®軟件是一種RF仿真工具，內置了X-Microwave模型庫。這些X-Microwave模型對RF X-Microwave模塊進行了從測試接頭到測試接頭的仿真
，無需去除走線，與去除走線的IC仿真相比，X-Microwave板的仿真精度更高。豐富的X-Microwave庫為許多沒有直接來自IC製造商的Genesys模型的器件提供了模型。

在Genesys中運行仿真並達到您滿意的性能後
，就可以使用X-Microwave的布局工具了——不需要一小時您就能完成整個RF布局（包括添加電源！）。該布局工具可以通過X-Microwave在線訪問。RF工程師可以使用該布局工具來規劃原型板上信號鏈中的X-Microwave模塊的布局圖。布置好RF模塊後
，隻需單擊一個按鈕即可自動添加偏置和控製板。信號鏈中使用的所有器件都會在右上角的物料清單(BOM)中實時更新，其中還有一個Export CSV（導出為CSV）按鈕。.csv文件包含一個BOM，當您準備好開始采購時
，您可以將其發送給X-Microwave以獲得正式報價。

圖7.X-Microwave布局工具中的一個示例設計，顯示了規劃的信號鏈並突出展示了器件選擇器和BOM功能。

除了構成信號鏈所需的RF模塊、偏置和控製板外，您還會注意到BOM上有幾個額外的零件，這些零件是電氣連接和機械安裝上述模塊所需要的。首先是原型板，它以兩種尺寸銷售——32 × 32和16 × 16，其中的32和16指的是X-Microwave網格單元或板上螺絲孔之間的間距。您還需要GSG跳線和錨點。GSG跳線是小型靈活的矩形電路，放置在相鄰RF模塊的測試接頭上以形成RF連接。錨點在GSG跳線兩端擰入，以將其固定到RF模塊，並確保電氣連接連續。

圖8.X-Microwave探頭
，有2.92mm或1.85mm可選（圖中所示為2.92mm）。

將外部RF信號源連接到信號鏈需要X-Microwave探頭。根據所用的頻率
，有兩種不同的探頭可供選擇：2.92mm和1.85mm。據稱，2.92mm探頭在50GHz範圍內表現良好
，而1.85mm探頭在X-Microwave的67GHz測(ce)試(shi)上(shang)限(xian)之(zhi)上(shang)仍(reng)能(neng)工(gong)作(zuo)。您(nin)還(hai)需(xu)要(yao)螺(luo)釘(ding)以(yi)將(jiang)所(suo)有(you)東(dong)西(xi)安(an)裝(zhuang)到(dao)原(yuan)型(xing)板(ban)上(shang)。總(zong)共(gong)有(you)七(qi)種(zhong)不(bu)同(tong)的(de)螺(luo)釘(ding)長(chang)度(du)可(ke)以(yi)使(shi)用(yong)，最(zui)短(duan)的(de)用(yong)於(yu)安(an)裝(zhuang)偏(pian)置(zhi)和(he)控(kong)製(zhi)板(ban)

，最(zui)長(chang)的(de)用(yong)於(yu)安(an)裝(zhuang)上(shang)方(fang)有(you)蓋(gai)片(pian)的(de)X-Microwave板壁邊緣。最後是連接所有部件的工具——1/16英寸內六角扳手用於擰緊螺釘
，鑷子用於將小物件放在小點上。一旦RF
、偏置和控製模塊到貨，就可以按照您使用X-Microwave在線布局工具製作的布局圖組裝電路板了。

圖9.GSG安置步驟（上）。GSG和錨點（下）。

現在，您隻需要為電路板供電並接上數字控製就可以進行測試了。要將電源和數字控製連接到偏置和控製板，AD-FMCXMWBR1-EBZ 橋接板是不錯的選擇。 它提供多達8條GPIO線、2條完整的SPI總線（每條總線有8條片選線）
，以及2條完整的I2C總線。橋接板還提供兩種不同的數字控製模式：(1) Raspberry Pi，直接連接到橋接板
，用簡單的幾行Python腳本就能驅動信號鏈
，或(2) FPGA，通過橋接板上的FMC連接器與X-Microwave信號鏈接口

，支持在製作硬件原型的同時開發和測試接近量產的軟件。連接到橋接板的單個12VDC電源為X-Microwave信號鏈提供七個不同的電壓軌

，其中三個可利用電位計進行調節。其他一些設置（包括橋接板電平轉換器）可以通過跳線選擇。最後，橋接板僅用兩根線纜連接到X-Microwave原型
，使得RF實驗室工作台上完全不是雜亂無章的樣子，這與通常狀態——迷宮般的香蕉線纜和鱷魚夾——形成鮮明對比。橋接板連接緊湊且幹淨的X-Microwave RF原型後，為數字控製和電源添加一個優雅的解決方案，使整體硬件解決方案尺寸最小化
，非常便攜，十分適合演示和旅行。展示X-Microwave原型所需的唯一額外設備是RF源和RF測量工具。

幹淨的實驗室工作台和模塊化生態係統使得調試更快速、更高效，達成量產遇到的麻煩更少，所需的工程設計時間更短。

圖10.FMC-XMW橋接板AD-FMCXMWBR1-EBZ

結論

傳統上
，RF原型製作耗費了過多的工程時間，帶來過多挫敗感，而X-Microwave（幾乎）解決了與常規評估板RF原型製作相關的一切痛苦。X-Microwave是當今更快速
、更準確的原型設計流程，最高支持60GHz，可實現更緊湊且易於修改的設計以簡化信號鏈調試和實驗。當與ADI的FMC-X-Microwave橋接板一起使用時，X-Microwave原型也非常便攜，隻需一個12VDC電源用於供電和一個Raspberry Pi進(jin)行(xing)數(shu)字(zi)控(kong)製(zhi)，每(mei)個(ge)信(xin)號(hao)鏈(lian)都(dou)能(neng)成(cheng)為(wei)可(ke)以(yi)裝(zhuang)進(jin)小(xiao)鞋(xie)盒(he)的(de)演(yan)示(shi)品(pin)，設(she)置(zhi)時(shi)間(jian)比(bi)加(jia)載(zai)幻(huan)燈(deng)片(pian)所(suo)需(xu)的(de)時(shi)間(jian)還(hai)短(duan)。比(bi)起(qi)當(dang)前(qian)原(yuan)型(xing)製(zhi)作(zuo)實(shi)踐(jian)
，實(shi)現(xian)這(zhe)種(zhong)性(xing)能(neng)水(shui)平(ping)所(suo)需(xu)成(cheng)本(ben)更(geng)高(gao)是(shi)合(he)乎(hu)情(qing)理(li)的(de)
，但(dan)除(chu)了(le)一(yi)次(ci)性(xing)啟(qi)動(dong)成(cheng)本(ben)外(wai)，使(shi)用(yong)X-Microwave進行原型製作的成本常常與使用評估板構建係統的成本相當。即使不考慮工程時間縮短給最終效益帶來的好處，一些X-MWblocks®實際上也比其對應的評估板方案更經濟。

致謝

感謝幫助我完成這個項目的許多優秀的人
，首先是Steve Ruscak和Jeff Stevens
，他們為此項目提供了指導，並協助我完成文章的撰寫。還要感謝我的RF導師在實驗室提供的寶貴幫助，感謝Wesley Harris和Sydney Wells在成文的早期提出的建議，感謝Carolyn Reistad的寶貴意見和建議。

關於ADI公司

Analog Devices, Inc. (NASDAQ: ADI)是全球領先的半導體公司，致力於在現實世界與數字世界之間架起橋梁
，以實現智能邊緣領域的突破性創新。ADI提供結合模擬


、數字和軟件技術的解決方案，推動數字化工廠、汽車和數字醫療等領域的持續發展，應對氣候變化挑戰，並建立人與世界萬物的可靠互聯。ADI公司2022財年收入超過120億美元，全球員工2.4萬餘人。攜手全球12.5萬家客戶
，ADI助力創新者不斷超越一切可能。更多信息，請訪問www.analog.com/cn。

關於作者

Jacob Ciolfi擔任現場輪崗培訓計劃助理工程師
，主要負責RF應用。他擁有伍斯特理工學院電氣和計算機工程學士學位，於2021年加入ADI公司。在閑暇時間，Jake喜歡打排球、烹飪和旅行。

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