Meilensteine der Elektronik

AD9361 - die SDR Revolution von Analog Devices

| Redakteur: Richard Oed

Aufgrund seiner kleinen Abmessungen und seiner großen Bandbreite fand der AD9361 Agile Transceiver schnell seinen Weg in zahlreiche Applikationen.
Aufgrund seiner kleinen Abmessungen und seiner großen Bandbreite fand der AD9361 Agile Transceiver schnell seinen Weg in zahlreiche Applikationen. (Bild: Analog Devices)

Bei seinem Erscheinen 2013 bedeutete der RF Agile Transceiver AD9361 von Analog Devices eine Revolution im Bereich Software Defined Radio (SDR). Denn er ermöglichte durch seinen hohen Integrationsgrad, seine einfache Programmierbarkeit und insbesondere durch seine große Kanalbandbreite ein bisher nicht dagewesenes universelles und flexibles Systemdesign.

Dabei bietet Analog Devices nicht nur den Baustein an, sondern zusätzlich eine vollständige Referenzplattform, die aus Software, Treibern und FPGA Mezzanine Cards (FMC) besteht. Mitgelieferte Schaltpläne, Layoutempfehlungen, Gerber-Files und IBIS-Modelle runden das Angebot ab.

Vorher mussten Entwickler zugunsten der Flexibilität Abstriche bei der in vielen Zielmärkten benötigten Leistungsfähigkeit oder bei den Funktionen machen. Entweder griffen sie dabei auf universelle und teure ICs mit hohem Stromverbrauch, oder auf kostengünstige, stromsparende, aber anwendungsspezifische Lösungen zurück. Dieses Dilemma beendete erst der AD9361.

Das Design verband vormals diskret aufgebaute Funktionen

Das innovative Design kombinierte die Flexibilität einer softwarekonfigurierbaren Funkübertragung mit einem geringen Platzbedarf und niedriger Stromaufnahme. Damit ermöglichte er nicht nur Applikationen in der Kommunikationstechnik, sondern auch in der Messtechnik, der Medizintechnik und in der Luft- und Raumfahrt, und setzte dadurch einen Standard für viele Märkte.

Der AD9361 verbindet ein HF-Frontend mit einem flexiblen Mixed-Signal Basisbandteil und integrierten Frequenzsynthesizern sowie zwei konfigurierbaren digitalen Schnittstellen für die Verbindung zu einem Basebandprozessor. Diese Interfaces können entweder in einen single-ended CMOS- oder in einen differentiellen LVDS-Modus geschaltet werden.

Zwei voneinander unabhängige lokale Oszillatoren (LO) mit einer maximalen Schrittweite von 2,4 Hz arbeiten im Empfangspfad mit Frequenzen von 70 MHz bis 6 GHz, sowie im Sendepfad von 47 MHz bis 6 GHz. Damit decken sie die meisten lizenzierten und unlizenzierten Bänder ab. Die Kanalbandbreiten reichen dabei von weniger als 200 kHz bis hin zu 56 MHz. Die beiden Oszillatoren erlauben einen Betrieb im Zeit-(TDD-) oder Frequenzduplex (FDD), wobei die bei FDD-Systemen notwendige Kanalisolierung bereits in das Design integriert ist.

Wandler und Filter erzeugen ein 12-Bit Ergebnis

Jedes Empfangs-Subsystem beinhaltet eine automatische Verstärkungsregelung (Automatic Gain Control – AGC), eine DC-Offset-Korrektur, eine Quadratur-Korrektur und digitale Filter. Damit können diese Funktionen im digitalen Basisband entfallen. Zusätzlich weist der AD9361 auch noch flexible manuelle Verstärkungsmodi auf, die extern steuerbar sind.

Jeder Empfangskanal verfügt über zwei zeitkontinuierlich arbeitende Sigma-Delta A/D-Wandler, um die I- und Q-Signale zu digitalisieren. Mittels konfigurierbarer Dezimations- und 128-Tap FIR-Filter wird daraus ein 12-Bit Ergebnis erzeugt. Die Empfängerempfindlichkeit ist hier mit einer Rauschzahl von weniger als 2 dB spezifiziert, bei einer LO-Frequenz von 800 MHz.

Die beiden Sendepfade benutzen eine Architektur mit direkter Wandlung und erreichen eine hohe Modulationsgenauigkeit bei sehr geringem Rauschen. Der EVM-(Error Vector Magnitude-) Wert ist dabei kleiner als -40 dB und stellt somit signifikante Reserven für die Auswahl der externen Leistungsstufen bereit.

Die voll integrierten PLLs stellen allen Empfangs- und Sendekanälen eine Fraktional-N Frequenzsynthese zur Verfügung. Mehrere AD9361 Transceiver lassen sich synchronisieren, um damit beispielsweise 4 x 4, 8 x 8 oder auch größere Systeme für das Beamforming aufzubauen.

Hohe Integrationsdichte verringert den Platzbedarf

Gerade in kleinen Geräten für die Mobilkommunikation, wie etwa Dongles für Datenkarten, lassen Basisbandprozessor, Stromversorgung und die HF-Frontend-Komponenten nur sehr wenig Platz für das restliche Funksystem. Der AD9361 erleichtert die Entwicklung solcher Anwendungen, da er die meisten für den Funk benötigten Komponenten in einem platzsparenden 10 x 10 mm großen Chip-Scale-Ball-Grid-Array (CSP BGA) integriert.

2014 führte Analog Devices zusätzliche Bauelemente auf der Basis des AD9361 ein und heute sind in dieser Familie insgesamt vier verschiedene ICs mit unterschiedlichen Kanalzahlen und unterschiedlichen Kanal-Bandbreiten verfügbar. Alle Typen werden durch mehrere Entwicklungs-Module unterstützt, die eine schnelle und problemlose Evaluierung der jeweiligen Bauteile ermöglichen. Diese SDR-Systeme kommen mit Schaltplänen, Layout, Stücklisten, HDL-Code, Treibern und Beispielprogrammen.

Aufgrund der hohen Integration, der großen Bandbreite und der vollständigen Entwicklungsunterstützung kann also ohne Übertreibung behauptet werden, dass Analog Devices mit der Einführung des AD9361 eine SDR-Revolution ausgelöst hat, die immer noch anhält.

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