當今基于評估板的RF設計原型制作需要大量的工程時間和資源，而結果可能仍然達不到最終系統在單個板上構建完成后會具有的性能。使用X-Microwave模塊化系統制作RF設計原型，可以顯著減少測試RF信號鏈所需的時間和資源，一個下午就能構建和測試最高60 GHz的干凈、可修改、接近PCB的原型。本文簡要介紹了X-Microwave平臺及其優勢，以及詳細的使用步驟。

簡介

對于RF設計，典型的原型制作經驗是這樣的：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。由于評估板PCB走線較長，并且涉及到大量布線和連接器，因此這種方法會產生相當大的插入損耗。由此得到的原型的上線測試過程也可能令人沮喪且耗時，因為每個評估板都有特定的電壓要求。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線就可能造成巨大麻煩，如有電路板需要數字控制，事情會變得更加復雜。如果整個系統在首次開啟時沒能像預期的那樣正常工作，那么調試很快就會變成耐心和毅力的磨煉。原型設計是RF工程界眾所周知的一個令人頭疼的問題，更快速、更簡單、更準確的原型解決方案是X-Microwave。

想象如下場景：您剛剛完成了RF信號鏈的規劃。您走進實驗室，拿起零件，在60分鐘內就在工作臺上制作出原型。您連接一個12 VDC電源、信號發生器和頻譜分析儀，首次通電后，您就測量到類似PCB的性能，與仿真的差異在1 dB以內。對放大器的性能不滿意？用內六角扳手花10分鐘就能換一個放大器，然后測試更新后的設計。

圖1. 一個完整的X-Microwave原型，包括電源和數字控制，由FMC-XMW橋接板、X-Microwave信號鏈和Raspberry Pi組成。

這就是X-Microwave提供的原型制作體驗，它是一種模塊化RF原型制作平臺，不到一個小時就能輕松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，其生態系統中的器件支持高達60 GHz的頻率。RF連接處（即由六角螺釘固定的無焊觸點）穩定且易于安裝。與評估板相比，該信號鏈的供電和數字控制要容易得多，控制板需要一個12 VDC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，并使原型保持緊湊、干凈和便攜。

X-Microwave解決方案

工程師可以利用X-Microwave獲得最終設計單PCB的性能，而原型制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生態系統擁有成千上萬的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，接地的共面波導走線從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。這些互連非常類似于連續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系統性能。X-Microwave的每個GSG跳線連接的 插入損耗只有幾分之一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還有用于封閉RF模塊的板壁和蓋片，支持用戶模擬空腔效應。

圖3. 一個偏置和控制模塊（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制板提供電源和控制信號。每個有源RF X-Microwave模塊與專用的偏置和控制板配對，后者具有所需的電路來提供RF器件需要的穩定電壓、上電時序和數字控制。偏置和控制板安裝到原型板的底部，位于其所支撐的RF板正下方，通過彈簧銷與上面的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于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，而不是類似于一串評估板，并且隨著RF鏈中器件數量的增加，這種差異變得更加明顯。利用X-Microwave原型驗證設計后，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信號鏈原型制作

使用X-Microwave創建RF設計類似于設計任何其他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、規格和制造商進行篩選。如果您正在瀏覽IC制造商的網站，X-Microwave生態系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，按制造商排序。

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制造商的Genesys模型的器件提供了模型。

在Genesys中運行仿真并達到您滿意的性能后，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模塊后，只需單擊一個按鈕即可自動添加偏置和控制板。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并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、偏置和控制板外，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，并確保電氣連接連續。

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

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：2.92 mm和1.85 mm。據稱，2.92 mm探頭在50 GHz范圍內表現良好，而1.85 mm探頭在X-Microwave的67 GHz測試上限之上仍能工作。您還需要螺釘以將所有東西安裝到原型板上。總共有七種不同的螺釘長度可以使用，最短的用于安裝偏置和控制板，最長的用于安裝上方有蓋片的X-Microwave板壁邊緣。最后是連接所有部件的工具——1/16英寸內六角扳手用于擰緊螺釘，鑷子用于將小物件放在小點上。一旦RF、偏置和控制模塊到貨，您就可以按照您使用X-Microwave在線布局工具制作的布局圖組裝您的電路板。

圖9. GSG安置步驟（上）。GSG和錨點（下）。

現在，您只需要為電路板供電并接上數字控制就可以進行測試了。要將電源和數字控制連接到偏置和控制板， 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制模式：(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，支持在制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12 VDC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。最后，橋接板僅用兩根線纜連接到X-Microwave原型，使得RF實驗室工作臺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。橋接板連接緊湊且干凈的X-Microwave RF原型后，為數字控制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。

干凈的實驗室工作臺和模塊化生態系統使得調試更快速、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原型制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原型制作相關的一切痛苦。X-Microwave是當今更快速、更準確的原型設計流程，最高支持60 GHz，可實現更緊湊且易于修改的設計以簡化信號鏈調試和實驗。當與ADI公司的FMC-X-Microwave橋接板一起使用時，X-Microwave原型也非常便攜，只需一個12 VDC電源用于供電和一個Raspberry Pi進行數字控制，每個信號鏈都能成為可以裝進小鞋盒的演示品，設置時間比加載幻燈片所需的時間還短。比起當前原型制作實踐，實現這種性能水平所需成本更高是合乎情理的，但除了一次性啟動成本外，使用X-Microwave進行原型制作的成本常常與使用評估板構建系統的成本相當。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。

審核編輯：郭婷